CBM

Compressed Baryonic Matter

Wenn ein massereicher Stern das Ende seines Lebens erreicht, explodiert er als riesige Supernova und hinterlässt einen unglaublich dichten zentralen Kern – einen Neutronenstern. Obwohl er nur den Durchmesser einer Stadt hat, wiegt er etwa eine Million Mal mehr als die gesamte Erde! Mit dem CBM-Experiment (Compressed Baryonic Matter) wollen die am Förderschwerpunkt C.B.M. beteiligten die Wissenschaftler herausfinden, wie sich die Materie bei solchen Dichten verändert. Sie wollen zum Beispiel wissen, ob die gesamte Materie in ihre Elementarteilchen – Quarks und Gluonen – zerfällt und ein “Quark-Gluon”-Plasma entsteht, wie es kurz nach dem Urknall existiert haben soll.

Neutron Star
HADES

Materie kann entweder in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand vorliegen. Jedermann weiß allerdings aus eigener Erfahrung, dass diese Zustände von der Temperatur abhängen. Wasser zum Beispiel ist bei 0 °C und darunter fest, zwischen 0 und 100 °C flüssig, bei 100 °C siedet es und wird zu einem Gas.

Der Zustand des betreffenden Stoffes hängt jedoch nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Druck und damit von seiner Dichte ab. In einer Höhe von etwa 3.000 Metern siedet Wasser beispielsweise bei 90 °C, weil der Luftdruck niedriger ist als auf Meereshöhe. Es ist also wichtig zu wissen, in welchem Zustand sich ein Stoff bei einer bestimmten Temperatur und Dichte befindet, denn diese Information gibt uns einen tiefen Einblick in seine Bausteine und die Kräfte, die in seinem Inneren wirken.

Leider können wir, anders als bei Wasser, den Zustand dichter Kernmaterie oder eines Neutronensterns nicht direkt messen. Dazu sind die Physiker auf Apparaturen (Detektoren und Beschleuniger) angewiesen.

Wir wissen, dass die positiv geladenen Protonen und die negativ geladenen Elektronen, aus denen die Atome bestehen, buchstäblich zusammengedrückt werden, um neutrale Neutronen zu bilden (daher der Name). Niemand weiß jedoch, was direkt im Kern des Sterns passiert, wo die Dichte am höchsten ist. Lösen sich die Neutronen in eine Art superdichte “Elementarteilchensuppe” aus frei beweglichen Quarks und Gluonen auf, wie es die physikalischen Modelle vorhersagen?
Diese Theorie kann mit dem CBM-Experiment überprüft werden, bei dem eine solche hochkompakte Materie in einem winzigen Maßstab erzeugt wird. Dazu lassen die Wissenschaftler zwei schwere Atomkerne mit hoher Energie aufeinander prallen, so dass sie zu einem extrem dichten “Feuerball” zusammengepresst werden. Dieser ist zu flüchtig, um direkt untersucht zu werden, aber die anschließende Explosion kann beobachtet werden.

HADES

Es werden bis zu 1.000 neue Teilchen entstehen, von denen die meisten sehr flüchtig sind. Einige dieser Teilchen werden sofort in Paare von Elektronen und ihren Antiteilchen, den Positronen, zerfallen, während sich andere in Paare von Myonen, einer Art schwerer Elektronen, aufspalten werden. Das CBM wird sich speziell auf diese Teilchen konzentrieren, da sie direkte Boten aus der sich ausdehnenden Feuerballregion sind und nicht von der starken Wechselwirkung (der fundamentalen Kraft, die die Quarks zusammenhält, aus denen die Protonen und Neutronen in den Kernen bestehen) beeinflusst werden. Auf diese Weise können die Wissenschaftler feststellen, wie sich die Kernmaterie bei extrem hohen Dichten verhält, wie sie in Neutronensternen vorkommen.

 

Projektseite und weitere Informationen



https://www.cbm.gsi.de/