Suche nach den kleinsten Bausteinen

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Grundlagenforschung in der Teilchenphysik in den kommenden drei Jahren mit 75 Millionen Euro. 1,4 Millionen Euro davon fließen an das Institut für Kernphysik der Universität Münster für das Projekt “ALICE”. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Johannes P. Wessels werden so genannte Übergangsstrahlungsdetektoren gebaut.

ALICE steht als Kürzel für “A Large Ion Collider Experiment” – das größte je in der Kernphysik konzipierte Experiment am neuen Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider) des CERN in Genf. Das Experiment dient der Charakterisierung des so genannten Quark-Gluon-Plasmas, einem Materiezustand, in dem sich das Universum wenige Mikrosekunden nach dem Urknall befunden haben muss. Nach dem derzeitigen Verständnis sind Protonen und Neutronen – die Teilchen, aus denen ein Atomkern besteht – aus kleineren Teilchen zusammengesetzt, den sogenannten Quarks. Die Kräfte zwischen diesen Teilchen werden durch “Klebeteilchen”, den Gluonen, vermittelt. Bislang wurden Quarks nicht als freie Teilchen beobachtet, sie gelten als “eingeschlossen”.

Ganz anders war dies kurz nach dem Urknall. Hier konnten sich die Quarks und Gluonen in besagtem Plasma bei sehr hoher Temperatur frei bewegen. Während der Ausdehnung und Abkühlung des Universums kam es zu einem Phasenübergang, bei dem sich die Protonen und Neutronen aus Quarks und Gluonen bildeten. Die Temperatur, bei der dieser Phasenübergang stattfindet, kann mittlerweile mit aufwendigen Rechnungen sehr genau bestimmt werden. Die Temperatur ist 125.000 mal höher als die Temperatur im Inneren der Sonne. Solche Temperaturen lassen sich nur in großen Beschleunigeranlagen bei Kollisionen sehr energetischer Atomkerne für sehr kurze Zeit erreichen. Die Arbeitsgruppe von Prof. Wessels ist an solchen Experimenten an bestehenden Beschleunigeranlagen in Brookhaven (New York) und Genf beteiligt. An der neuen Beschleunigeranlage LHC werden ab Herbst kommenden Jahres mit dem ALICE-Experiment dann Stöße von schweren Kernen bei bislang unerreichten Energien untersucht.