Forscher haben einen „kleinen Urknall" erzeugt – und er war viel kleiner als alle dachten

Also, ich muss ehrlich sein: Als ich zum ersten Mal von dieser Studie las, musste ich den Artikel zweimal lesen. Einfach weil das Ergebnis so überraschend kam.

Forscher haben gerade den kosmischen Urzustand nachgebildet – jenen heißen, dichten Zustand kurz nach dem Urknall. Das Besondere: Sie nutzten dafür Atomkerne, die so winzig sind, dass die meisten Physiker nicht damit gerechnet hätten, dass es funktioniert.

Lasst das einen Moment wirken.

Was genau haben die gemacht?

Kurz zur Einordnung: Unmittelbar nach dem Urknall gab es keine Atome. Die gesamte Materie bestand aus einem Zustand, den Fachleute Quark-Gluonen-Plasma nennen. Protonen und Neutronen hatten sich noch nicht gebildet. Die Wissenschaft nennt das die „Ur-Materie" des Universums.

Jahrzehntelang glaubte man: Um dieses Plasma im Labor zu erzeugen, braucht man richtig schwere Atomkerne. Blei zum Beispiel. Der Gedanke dahinter war einleuchtend – schwere Kerne liefern mehr Energie, wenn man sie aufeinanderprallen lässt.

Aber genau hier wurde die Annahme jetzt über den Haufen geworfen.

Ein Team vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen, angesiedelt bei der ALICE-Kollaboration am CERN, hat gezeigt, dass es auch mit deutlich kleineren Kernen klappt. Konkret nutzten sie Sauerstoff-16 und Neon-20. Das ist, was die Kernphysik betrifft, quasi Federgewicht gegen Schwergewicht.

Blei hat 82 Protonen. Sauerstoff hat 16. Neon hat 20. Das ist schon ein gewaltiger Unterschied.

Ein Mini-Urknall

Associate Professor You Zhou, der das Experiment leitete, brachte es auf den Punkt: Was das Team geschaffen hat, ist im Grunde ein „kleiner Urknall".

„Wir haben die Grenze dessen verschoben, wie klein Atomkerne sein dürfen, um trotzdem diese Ur-Materie zu erzeugen", erklärte er. „Jetzt verstehen wir besser, unter welchen fundamentalen Bedingungen Materie in diesen extremen Zustand übergeht."

Ich finde diese Formulierung großartig. Wir beobachten buchstäblich Miniaturausgaben der kosmischen Geburt – in Teilchenbeschleunigern, die sich über mehrere Länder erstrecken.

Die Bowlingkugel-Geschichte

Hier wird es richtig spannend – und ein bisschen verspielt.

Als die Wissenschaftler diese winzigen Kerne aufeinanderprallen ließen, entdeckten sie etwas Verblüffendes: Die entstehenden Teilchenmuster trugen Informationen über die ursprüngliche Form der Kerne in sich.

Sauerstoff-Kollisionen erzeugten runde Muster. Neon-Kollisionen? Die hinterließen distinctive Muster in Bowlingkugel-Form.

Woran liegt das? Ganz einfach: Sauerstoffkerne sind kugelförmig. Neonkerne hingegen sehen eher aus wie eine verlängerte Bowlingkugel.

Postdoc Emil Gorm Dahlbæk Nielsen erklärte es wunderbar: „Es ist ein bisschen so, als würde man Licht auf ein Objekt scheinen und seinen Schatten sehen. Das Objekt selbst bleibt unsichtbar, aber der Schatten verrät seine Form."

Heißt im Klartext: Indem Wissenschaftler beobachten, wie Teilchen aus den Kollisionen herausfliegen, können sie gewissermaßen die Form von Atomkernen „sehen" – obwohl diese viel zu klein sind, um sie direkt abzubilden. Ziemlich cool, oder?

Warum sollte mich das interessieren?

Ich höre euch schon sagen: Das klingt nach super-spezieller Physik, die nichts mit meinem Alltag zu tun hat.

Aber Moment: Die Struktur von Atomkernen zu verstehen, bedeutet auch, die starke Kernkraft besser zu begreifen – eine der vier Grundkräfte der Natur. Diese Kraft hält Protonen und Neutronen zusammen. Ohne sie gäbe es keine Atome.

Ohne die starke Kraft? Keine Sterne. Keine Planeten. Kein du. Kein ich. Nichts im Universum hätte seine jetzige Form.

Und mal ganz ehrlich: Es ist doch irgendwie atemberaubend, dass die Menschheit in der Lage ist, auf kleinster Ebene die Bedingungen nachzubilden, die Mikrosekunden nach dem Beginn von allem herrschten. Das macht einen doch ein bisschen nachdenklich über unseren Platz im Kosmos.

Eine Frage der Tradition

Die Forschung hat tiefe Wurzeln am Niels-Bohr-Institut. Aage Bohr, Sohn des berühmten Physikers Niels Bohr, erhielt 1975 den Nobelpreis für seine Arbeit zur Struktur des Atomkerns. Die Tradition, unsere Kenntnisse über diese fundamentalen Bausteine voranzutreiben, lebt bis heute fort.

Statt Kerne vorsichtig bei niedrigen Energien zu untersuchen – der klassische Ansatz – schleudern diese Wissenschaftler sie mit maximaler Energie aufeinander und rekonstruieren ihre Eigenschaften aus den Trümmern.

Ein völlig anderer Blickwinkel. Und damit haben sich gerade ganz neue Möglichkeiten aufgetan, sowohl die frühesten Momente des Universums als auch die Natur der Materie selbst besser zu verstehen.

Beeindruckend, was man entdecken kann, wenn man winzige Dinge mit extrem hoher Geschwindigkeit aufeinanderprallen lässt, oder?

Quelle: ScienceDaily