Im Brookhaven-Labor auf Long Island haben Physiker ein unerwartetes Signal in den Daten von Schwerionenkollisionen registriert. Das Experiment STAR am RHIC-Beschleuniger zeigte bei einer bestimmten Energie einen starken Rückgang der Fluktuationen des Transversalimpulses der Teilchen. Dieses Signal könnte auf einen Phasenübergang in der überdichten Kernmaterie hindeuten, ähnlich dem, der sich in den ersten Augenblicken nach dem Urknall ereignete.
Ganz am Anfang des Universums war der Raum zu heiß und zu dicht für die Existenz von Atomen. Protonen und Neutronen hatten sich noch nicht gebildet, und die Materie war eine frei fließende „Suppe“ aus Quarks und Gluonen – ein Quark-Gluon-Plasma. Mit der Ausdehnung des Kosmos sank die Temperatur, die Gluonen „verklebten“ die Quarks zu Protonen und Neutronen, und das Plasma verwandelte sich in gewöhnliche Kernmaterie. Das war ein echter Phasenübergang, ähnlich dem Gefrieren von Wasser, jedoch auf der Ebene der Elementarteilchen.
Der RHIC-Beschleuniger stellt solche Bedingungen für Sekundenbruchteile wieder her, indem er Goldionen fast bis zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Die neuen STAR-Daten offenbarten ein „Loch“ in den Schwankungen des Teilchenimpulses genau in jenem Energiebereich, in dem der kritische Punkt des Phasenübergangs erwartet wird. Die Wissenschaftler nennen dies ein mögliches Anzeichen dafür, dass der Übergang tatsächlich existiert und von Dichte und Temperatur abhängt.
Die Entdeckung ist nicht nur für die Kosmologie wichtig. Das Verständnis des Verhaltens von Materie bei extremen Dichten wird helfen zu verstehen, was im Inneren von Neutronensternen geschieht, wo die gesamte Masse des Sterns auf die Größe einer kleinen Stadt zusammengepresst ist. Davon hängt beispielsweise die Schallgeschwindigkeit in ihrem Kern und die Schwelle zum Kollaps in ein Schwarzes Loch ab.
Doch das Signal bleibt vorerst ein Hinweis. Alternative Erklärungen bringen es mit einer Veränderung der Teilchenzusammensetzung bei unterschiedlichen Kollisionsenergien in Verbindung. Die Wissenschaftler planen, die verbleibenden Daten des RHIC zu analysieren, der seine Arbeit im Jahr 2026 beendete, um den Fund zu bestätigen oder zu widerlegen.
Sollte der kritische Punkt zuverlässig nachgewiesen werden, eröffnet dies einen neuen Blick auf die Entwicklung der Materie von den ersten Mikrosekunden des Universums bis zu den dichtesten Objekten des Kosmos.
