zu Jochen Ebmeiers Realien
aus scinexx.de, 3. 2. 2026 Wenn Quarks durch das unvorstellbar
heiße und dichte Plasma des Universums nach dem Urknall rasten,
hinterließen sie eine Kielwelle
Kielwelle im Quark-Gluon-Plasma: Der Urzustand unseres Kosmos ähnelte eher einer Flüssigkeit als einem komplett reibungsfeien Teilchengestöber, wie ein Experiment im Teilchenbeschleuniger LHC aufdeckt. Es belegt, dass schnell durch das Quark-Gluon-Plasma rasende Quarks abgebremst werden und eine Kielwelle im Plasma hinterlassen. Demnach war die kosmische Ursuppe wenige Sekundenbruchteile nach dem Urknall noch so dicht, dass sich diese Elementarteilchen nicht ohne Energieverlust in ihr bewegen konnten.
In den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall war das Universum Billionen Grad heiß und extrem dicht. Es bestand aus einem Quark-Gluon-Plasma – einer superfluiden Mischung aus den Elementarteilchen, die sich später zu den Grundbausteinen der Materie verbanden. Wie diese „kosmische Ursuppe“ einst beschaffen war, lässt sich heute nur durch energiereiche Kollisionen in Teilchenbeschleunigern nachvollziehen. Wenn dort Gold oder Bleikerne kollidieren, entsteht kurzzeitig ein winziger Tropfen des Quark-Gluon-Plasmas.
Strittig ist jedoch bisher, wie weit die Superfluidität des Quark-Gluon-Plasma reichte: Konnten die einzelnen Quarks durch diese „Ursuppe“ rasen, ohne Energie zu verlieren oder eine Kielwelle zu hinterlassen? Modelle des Quark-Gluon-Plasmas sind hier uneins. „In unserem Fachgebiet wird seit Langem darüber diskutiert, ob das Plasma auf ein Quark reagiert hätte“, sagt Koautor Yen-Jie Lee vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der CMS-Kollaboration am CERN.
Um diese Frage zu klären, haben die Physiker mehr als 13 Milliarden Kollisionen von Bleikernen im Teilchenbeschleuniger LHC ausgewertet. Dabei suchten sie gezielt nach bestimmten Teilchenkollisionen im Quark-Gluon-Plasma. „In dieser Suppe aus Quarks und Gluonen kommt es immer wieder zu Kollisionen und wenn wir Glück haben, erzeugt eine davon ein Quark und ein Z-Boson“, erklärt Lee.
Der Urknall - Eine revolutionäre Idee und ihre Folgen
Die großen Vier - Den Grundkräften der Physik auf der Spur Diese seltenen Kollisionen sind deshalb spannend, weil das Z-Boson als neutrales Trägerteilchen der schwachen Kernkraft nicht mit den anderen Teilchen wechselwirkt. Wenn es vom Kollisionsort wegrast, hinterlässt es daher keine Spur. Das gleichzeitig erzeugte Quark rast in die entgegengesetzte Richtung. Wenn nun dieses Quark vom umgebenden Plasma abgebremst wird und Turbulenzen hinterlässt, lassen sich diese im CMS-Detektor nachweisen und dem Quark zuordnen.
„Diese Methode erlaubt es uns erstmals, die Auswirkungen eines einzelnen Quarks im Quark-Gluon-Plasma zu untersuchen“, sagt Lee.
Tatsächlich wurden die Physiker fündig: In den Daten des CMS-Detektors identifizierten sie rund 2.000 Kollisionen, bei denen ein Quark und ein Z-Boson erzeugt wurden. An den Energiesignaturen dieser Ereignisse ließ sich erkennen, dass das Quark-Gluon-Plasma auf der Seite des Z-Bosons ruhig blieb, aber auf der Seite des davonrasenden Quarks nicht: Es zeigten sich Verwirbelungen und wellenartige Effekte.
Das legt nahe: Obwohl das Quark-Gluon-Plasma superfluid ist und eigentlich keine innere Reibung hat, hinterlässt ein Teilchen in ihm Spuren. Wenn ein Quark durch das Quark-Gluon-Plasma rast, verliert es Energie und erzeugt eine Kielwelle – wie vom sogenannten hybriden Modell für diesen exotischen Zustand vorhergesagt. „Dies repräsentiert den ersten Nachweis einer solchen Energieabnahme und Reaktion des Quark-Gluon-Plasmas“, schreiben die Physiker.
Die Ergebnisse belegen, dass das primordiale Plasma des Universums trotz seiner Superfluidität auf schnelle Teilchen reagierte. „Mit diesem Experiment haben wir einen neuen Einblick in das Quark-Gluon-Plasma gewonnen: Dieses Plasma ist so unglaublich dicht, dass es ein Quark trotzdem abbremsen kann. Dabei entstehen Spritzer und Wirbel wie in einer Flüssigkeit“, sagt Lee. „Das Quark-Gluon-Plasma war demnach wirklich eine Ursuppe.“
Für Krishna Rajagopal vom MIT, den theoretischen Physiker, der das hybride Modell des Quark-Gluon-Plasmas entwickelt hat, ist dies eine wichtige Bestätigung: „Viele Jahre lang haben wir dafür argumentiert und zahlreiche Experimente haben nach diesem Nachweis gesucht“, so Rajagopal. Jetzt gebe es erstmals experimentelle Belege. (Physics Letters B, 2026; doi: 10.1016/j.physletb.2025.140120)
Quelle: Massachusetts Institute of Technology; 3. Februar 2026 - von Nadja Podbregar
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