Das Universum im Labor:
Was die Physik zur Erforschung der Urmaterie
Die uns vertraute Welt des heutigen, kalten Weltalls sah in der Frühphase der kosmologischen Urexpansion, als das Weltalter etwa eine tausendstel Sekunde oder weniger betrug, unerhört viel roher und primitiver aus: ein unvorstellbar heißes Gas von ungebundenen Elementarteilchen erfüllte den Raum.
Den entsprechenden Zustand der Materie nennt man das 'Quark-Gluon-Plasma', weil die elementaren Quarks und Gluonen neben Photonen, Elektronen etc. hier die Hauptbestandteile waren. Diese Materieform ist längst verschwunden, weil sich das Universum bei der Expansion dramatisch abgekühlt hat - das Urgas ist auskondensiert in Atomkerne, diese in Moleküle, diese in Steine, Berge bis hin zu Galaxien.
Im Laborexperiment kann man diesen Urzustand in winzigen Dimensionen bei einzelnen Kernstößen mit extrem hoher Teilchenenergie rekonstruieren. Dazu werden heute Experimente an der GSI Darmstadt, am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf, und am Brookhaven National Laboratory (USA) ausgeführt.
Erste Erfolge zeichnen sich ab: der Übergangspunkt von reiner Quarkmaterie zu gebundenen Protonen und Neutronen (aus denen unsere Atomkerne bestehen) konnte festgelegt werden: dies erfolgt bei der enorm hohen Temperatur von drei Billionen Grad. Und auch für die Dichte des damaligen Kosmos und den herrschenden Druck in der Expansionsphase gibt es erste Abschätzungen. Diese Ergebnisse sind auch für das Verständnis anderer Objekte der Astrophysik relevant: Zum Beispiel könnte das Innere von Neutronensternen aus ähnlicher Quarkmaterie bestehen.
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Professor Dr. Reinhard Stock
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