Eines der wichtigsten Ziele des Schwerionenprogramms des CERN ist die Erzeugung eines Materiezustand, wie er zu Beginn des Universiums existiert hatte. In diesem Augenblick konnten die bekannten Kernteilchen, aus denen wir und das sichtbare Universium bestehen, nicht existieren: die Dichte der Materie und damit verbundene Temperatur verhinderte, dass Quarks durch Gluonen gebunden wurden und damit die Enstehung von Protonen und Neutronen. Die Quarks würden sich wie ungebundene Teilchen in einer Art Quark Gluon Plasma bewegen.
Beim Zusammenstoß von Blei-Ionen im LHC kann genügend Energie in einem kleinen Volumen konzentriert werden, um winzige Mengen von Quark Gluon Plasma zu erzeugen. Aus der Analyse der Daten des erst seit 3 Wochen laufenden Schwerionenprogramm wurden schon neue Erkenntnisse gewonnen:
Die beiden großen LHC Experimente, ATLAS und CMS, an denen österreichischen Gruppen beteiligt sind, haben erste Anzeichen für hohe Energieverluste von Jets beobachtet. Jets sind stark gebündelte Teilchenstrahlen, die auf energetische Quarks oder Gluonen zurückgehen. Typischerweise treten diese Jets in Paaren auf und weisen in entgegengesetzte Richtungen. Anders als in Proton-Proton-Kollisionen wurden nun im Schwerionenbetrieb häufig große Unterschiede in der Energie der beiden Jets beobachtet. Dieser Effekt wird auf die Wechselwirkung eines der Jets mit der dichten, heißen Materie zurückgeführt, die zu einem deutlichen Energieverlust führen kann.
Das CMS Experiment, zu dem das Institut für Hochenergiephysik der ÖAW führende Beiträge leistet, ist für die Messung von Ereignissen mit hochenergetischen Jets bestens geeignet. Die nebenstehende Abbildung einer einzelnen Kollision illustriert den Unterschied in der Energie zweier Jets, die sich klar vom Untergrund der hunderten anderen Teilchen abheben.
Theoretische Physiker in aller Welt, die sich mit dem Quark-Gluon-Plasma beschäftigen, wie an der TU Wien die Gruppe von Prof. Rebhan, warten gespannt auf die detaillierte Auswertung der Daten, die entscheidende Hinweise darauf liefern werden, wie stark die Wechselwirkungen bei den jetzt erreichbaren höchsten Temperaturen und Dichten genau sind. Damit können die Modelle über das Quark-Gluon-Plasma und damit über das früheste Universum vervollständigt werden.
Die Messungen mit Schwerionen werden noch bis 6. Dezember fortgeführt. Nach der Winterpause wird der Betrieb des LHC im Februar wieder mit Protonstrahlen aufgenommen werden.