Techniklexikon

Quark-Gluon-Plasma

Teilchenphysik, auf Grund theoretischer Überlegungen vermuteter Zustand hadronischer Materie bei sehr hohen Energiedichten von der Grössenordnung 1 GeV / fm, in dem Quarks und Gluonen als individuelle Teilchen nach den Gesetzen der Quantenchromodynamik miteinander wechselwirken. Wenige milliardstel Sekunden nach dem Urknall lag vermutlich ein solcher Zustand vor, bevor das expandierende Universum bei abnehmenden Temperaturen einen Phasenübergang vollzog, bei dem die Quarks zu normaler Materie kondensierten. In der Natur herrschen die notwendigen Bedingungen für ein Quark-Gluon-Plasma wahrscheinlich nur in Neutronensternen. Im Labor sollte sich durch den Zusammenprall schneller, schwerer Atomkerne die für ein Quark-Gluon-Plasma erforderliche Energiedichte erzeugen lassen; der Nachweis eines solchen Zustandes ist allerdings nur indirekt möglich. Eine geeignete Messgrösse stellt z.B. die Anzahl der in Teilchenkollisionen gebildeten J / y-Teilchen dar; ihre Bildungsrate wird durch ein Quark-Gluon-Plasma herabgesetzt, da Charm-Quark oder Antiquark, bevor sie ein J / y bilden, mit den Quarks des Plasmas wechselwirken und für die Paarbildung nicht mehr zur Verfügung stehen. Diese Abweichung von der theoretischen Vorhersage für die J / y-Rate (ohne Plasma) wurde tatsächlich beobachtet. Für einen weiteren indirekten Effekt des Quark-Gluon-Plasmas, der Massenabnahme von Teilchen im Plasma durch die eingeschränkte massenerzeugende Wechselwirkung mit dem Vakuum (Vakuumzustände), konnten in hochenergetischen Kollisionen für r-Mesonen ebenfalls experimentelle Hinweise gefunden werden.

Schliesslich wird auch versucht, das Quark-Gluon-Plasma als Gesamtsystem analog zur Thermodynamik mit geeigneten Zustandsgrössen zu beschreiben; die nur unter der Annahme eines thermodynamischen Gleichgewichts aus Teilchenkollisionen ermittelten Temperatur- und Dichtewerte liegen dabei bemerkenswert nahe an der berechneten Phasengrenze zwischen hadronischer Materie und Quark-Gluon-Plasma.