Physiker, die daran arbeiteten, die Materie, die bei der Geburt des Universums existierte, neu zu erschaffen, erwarteten so etwas wie ein Gas und endeten mit der „perfekten“ Flüssigkeit, berichteten vier Forscherteams auf einem Treffen der American Physical Society am 18. April. Eines der Teams wird vom MIT geleitet.
„Diese wirklich erstaunlichen Erkenntnisse haben uns zu dem Schluss gebracht, dass wir etwas völlig Neues sehen - eine unerwartete Form der Materie -, das neue Denkwege über die grundlegenden Eigenschaften der Materie und die Bedingungen eröffnet, die unmittelbar nach [dem Urknall] existierten. Sagte Raymond Orbach, Direktor des Office of Science des US-Energieministeriums, der Hauptförderer der Forschung.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Flüssigkeiten, in denen sich einzelne Moleküle zufällig bewegen, scheint sich die neue Materie in einem Muster zu bewegen, das einen hohen Grad an Koordination zwischen den Partikeln aufweist - so etwas wie eine Fischschwarm, die als eine Einheit reagiert, während sie sich durch eine sich verändernde Umgebung bewegt. Diese Flüssigkeitsbewegung ist nahezu „perfekt“, wie durch die Gleichungen der Hydrodynamik definiert.
Stellen Sie sich einen Strom Honig vor, dann einen Strom Wasser. "Wasser fließt viel leichter als Honig, und die neue Flüssigkeit, die wir hergestellt haben, scheint viel leichter zu fließen als Wasser", sagte Wit Busza, Leiter des MIT-Teams und Francis Friedman-Professor für Physik. Weitere an der Arbeit beteiligte MIT-Fakultäten sind Professor Bolek Wyslouch und Associate Professor Gunther Roland, beide Physik.
Busza merkt an, dass die Ergebnisse nicht ausschließen, dass irgendwann im jungen Universum eine gasähnliche Form von Materie existierte, aber die Daten legen nahe, dass „bei den niedrigeren Energiedichten, die bei RHIC erzeugt werden, etwas anderes und vielleicht sogar noch interessanteres ist (Relativistischer Heavy Ion Collider). “
Die Forschung hat auch zu mehreren anderen Überraschungen geführt. Zum Beispiel: „Wir sehen eine Eleganz in den Daten, die sich noch nicht in unserem theoretischen Verständnis widerspiegelt“, sagte Roland.
Geburt des Universums
Ungefähr zehn Millionstel Sekunden nach dem Urknall glauben Physiker, dass das Universum aus einem Gas schwach wechselwirkender Objekte, Quarks und Gluonen besteht, die sich letztendlich zu Atomkernen und Materie zusammenballen, wie wir sie kennen.
In den letzten 25 Jahren haben Wissenschaftler daran gearbeitet, dieses Gas oder Quark-Gluon-Plasma durch den Bau immer größerer Atomzerstörer wiederherzustellen. "Die Idee ist, die Kerne auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und sie dann frontal zum Absturz zu bringen", sagte Busza. "Unter diesen Bedingungen wird erwartet, dass sich das Plasma bildet." Die aktuellen Ergebnisse wurden mit dem Relativistic Heavy Ion Collider im Brookhaven National Laboratory des DOE erzielt.
RHIC beschleunigt Goldkerne in einem kreisförmigen Rohr mit einem Durchmesser von etwa 2 Kilometern. An vier Stellen kollidieren die Kerne, und um diese Stellen herum haben Wissenschaftlerteams Detektoren gebaut, um die Daten zu sammeln. Die vier Instrumente - STAR, PHENIX, PHOBOS und BRAHMS - unterscheiden sich in ihren Ansätzen zur Verfolgung und Analyse des Verhaltens von Partikeln. Die auf dem APS-Treffen gemeldeten Arbeiten fassen die ersten drei Jahre der RHIC-Ergebnisse aller vier Geräte zusammen. Die Beiträge der einzelnen Teams werden gleichzeitig in einer kommenden Ausgabe der Zeitschrift Nuclear Physics A veröffentlicht.
Das MIT ist die federführende Institution für PHOBOS, eine Zusammenarbeit zwischen den USA, Polen und Taiwan. "Wir sind sehr klein", sagte Busza, der das Konzept für das Gerät entwickelte. „STAR und PHENIX kosten jeweils etwa 100 Millionen US-Dollar und beschäftigen rund 400 Mitarbeiter. Wir kosten weniger als 10 Millionen US-Dollar und haben ungefähr 50 Mitarbeiter “, sagte er. (BRAHMS ist auch klein.)
Trotzdem erhielt das PHOBOS-Team die ersten physikalischen Ergebnisse aus drei der fünf RHIC-Versuchsläufe und belegte den ersten Platz bei einem vierten. (Der fünfte Lauf wird noch analysiert.)
Für einen dieser Läufe sammelte das Team die Daten, analysierte sie und reichte innerhalb von fünf Wochen ein Papier über die Arbeit ein. "Das ist in der Hochenergiephysik unbekannt", sagte Busza, der Roland die schnelle Abwicklung zuschreibt. "Er war die Person, die die Extraktion der Physik aus den Daten verwaltet hat."
Was kommt als nächstes?
Obwohl die größeren RHIC-Detektoren weiterhin Daten erfassen, wurde PHOBOS eingestellt. "Aus Kosten-Nutzen-Sicht haben wir das Gefühl, aus einem so kleinen Experiment so viel Wissen wie möglich gewonnen zu haben", sagte Busza.
Das Team blickt jetzt in die Zukunft. Die Mitglieder hoffen, ihre Studien bei RHICs Nachfolger, dem in Europa gebauten Large Hadron Collider (LHC), fortsetzen zu können. Diese Einrichtung wird die 30-fache Kollisionsenergie von RHIC haben, was die Wissenschaftler den Bedingungen bei der Geburt des Universums so viel näher bringt. "Bei LHC werden wir testen, was wir von RHIC gelernt haben", sagte Busza. "Wir erwarten auch neue Überraschungen, vielleicht sogar größere Überraschungen", schloss er.
Mitarbeiter des MIT, die derzeit an PHOBOS beteiligt sind, sind Maarten Ballintijn, Piotr Kulinich, Christof Roland, George Stephans, Robin Verdier, Gerrit van Nieuwenhuizen und Constantin Loizides. Sechs Doktoranden sind ebenfalls im Team; Die Forschung hat bereits zu fünf Thesen geführt, von denen zwei auf dem Weg sind.
Originalquelle: MIT-Pressemitteilung
