Quark-Gluon-Plasma ist "die flüssigste aller Flüssigkeiten"

  • Quark-Gluon-Plasma ist "die flüssigste aller Flüssigkeiten" und unterschreitet die bisher bekannte Grenze für die niedrigste Viskosität. Bild: TU WienQuark-Gluon-Plasma ist "die flüssigste aller Flüssigkeiten" und unterschreitet die bisher bekannte Grenze für die niedrigste Viskosität. Bild: TU Wien
  • Quark-Gluon-Plasma ist "die flüssigste aller Flüssigkeiten" und unterschreitet die bisher bekannte Grenze für die niedrigste Viskosität. Bild: TU Wien
  • Simulation eines Quark-Gluon-Plasmas: Bild einer Blei-Ionen-Kollision am CERN. Bild: CERN
  • Prof. Anton Rebhan und Dominik Steineder. Bild: TU Wien

Das Quark-Gluon-Plasma ist "die flüssigste aller Flüssigkeiten" - dies veröffentlichten Wiener Physiker aus der Arbeitsgruppe von Prof. Anton Rebhan in der Januar Ausgabe von Physical Review Letters. Das extrem heiße Quark-Gluon-Plasma, das bei energiereichen Teilchenkollisionen im Large Hadron Collider des CERN hergestellt wird, kann noch deutlich dünnflüssiger sein, als man das bisher für möglich hielt. Direkt berechnen lässt sich die Viskosität eines Quark-Gluon-Plasmas allerdings nicht. Sein Verhalten ist so kompliziert, dass man auf ganz besondere Tricks zurückgreifen muss, wie Anton Rebhan erklärt: „Die Quantenfeldtheorie von Quark-Gluon-Plasmen lässt sich mit Hilfe der Stringtheorie mit der Physik von schwarzen Löchern in höheren Dimensionen in Zusammenhang bringen. Wir lösen also Gleichungen aus der Stringtheorie und legen die Ergebnisse dann auf das Quark-Gluon-Plasma um."

Viskosität von Flüssigkeiten
Auf ganz ähnliche Weise wurde auch die bisher für gültig gehaltene untere Grenze für die Viskosität berechnet. Allerdings nahm man in den bisherigen Berechnungen an, dass das Plasma symmetrisch ist und von allen Seiten gleich aussieht - also „isotrop" ist, wie man in der Physik sagt. „Ein Plasma, das bei einer Kollision in einem Teilchenbeschleuniger entsteht, ist aber ganz am Anfang nicht isotrop", betont Anton Rebhan. Diese Teilchen werden schließlich entlang einer bestimmten Richtung beschleunigt und zur Kollision gebracht - das dabei entstehende Quark-Gluon-Plasma zeigt also unterschiedliche Eigenschaften, abhängig von der Richtung, aus der man es betrachtet.

Bisherige Untergrenze kann durchbrochen werden
Die TU-Physiker fanden nun eine Möglichkeit, diese Richtungsabhängigkeit in die Formeln mit einzubauen - und völlig überraschend zeigte sich, dass dadurch die Viskosität nicht mehr nach unten beschränkt ist. „Die Viskosität hängt noch von einigen anderen physikalischen Parametern ab - kann aber niedriger sein als der Wert, den man bisher für die absolute Untergrenze hielt", erklärt Dominik Steineder. Die jetzt am CERN begonnenen Quark-Gluon-Plasma-Experimente werden es erlauben, diese theoretischen Vorhersagen zu testen.

 

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