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RHIC und ein neue Form der Materie

Der relativistische Schwerionenbeschleuniger (RHIC) am Brookhaven National Laboratory ist eine internationale wissenschaftliche Forschungsstätte, deren Betrieb nach 10 Jahren der Entwicklung und des Aufbaus im Jahre 2000 aufgenommen wurde. Tausende von Physikern aus aller Welt verwenden RHIC, um zu studieren, wie das Universum in den ersten Augenblicken nach seiner Entstehung ausgesehen haben mag. Viele der in RHIC erzeugten Zusammenstöße produzieren interessante Resultate, aber von einigen wenigen wird sogar etwas ganz besonderes erwartet: eine neue Form der Materie. Das stellt für das Universum nichts Neues dar, aber sehr wohl für den menschlichen Betrachter. Man vermutet, daß es die neue Form der Materie rund eine 10 millionste Sekunde nach dem Urknall (vor 15 bis 20 Milliarde Jahren) gegeben haben soll. Es kann aber auch in den Kernen sehr dichter Sterne, Neutronensterne, vorkommen. Diese Form der Materie wird Quark-Gluon-Plasma, kurz QGP, genannt. Was Physiker von diesen Kollisionen lernen, kann uns helfen zu verstehen, warum die körperliche Welt so funktioniert, wie sie es tut, von den kleinsten subatomaren Teilchen bis hin zu dem größten Stern.

Im Moment habe Experimentalphysiker vier große Experimente an RHIC aufgesetzt, weitere sind für die Zukunft geplant. Bei den zwei größten Experimente, STAR und PHENIX, arbeiten jeweils mehr als 500 Leute. Bein den zwei kleineren, BRAHMS and PHOBOS, sind ein paar Dutzende beschäftigt.

RHIC bringt seinen Strahl mit rund 99.995% der Lichtgeschwindigkeit (186.000 Meilen pro Sekunde oder 300.000.000 Meter pro Sekunde) auf Kollisionskurs, wobei sich für einen kurzen Augenblick die Materie zu einem Milliardenfachen der Temperatur der Sonne aufheizt. Bei derartigen Zusammenstößen werden Tausenden Partikel erzeugt, wovon jedes aufgrund seiner elektrische Aufladung auf seinem Weg durch den Detektor eine Spur hinterläßt.

Das STAR-Experiment
STAR ist eine Abkürzung für Solenoidal Tracker At RTracker. Der Begriff Solenoid bezieht sich auf den zylinderförmigen Aufbau der STAR-Magnetspulen. Tracker bezieht sich auf die Fähigkeit von STAR die Partikelflugbahn über eine größere Distanz zu rekonstruieren, indem es die Teilchen und deren Moment erkennt.

Groß wie ein Haus und 1.200 Tonnen schwer, nimmt der STAR-Detektor diese Events auf. Das Hauptinstrument hierfür ist eine große, dreidimensionale "Kamera", die Time-Projection-Chamber (TPC) genannt wird. Sie besitz 137.000 aktive Sensoren, die Kollisionsbilder in einer ähnliche Größe liefern, wie bei einer zu Hause üblichen Digitialkamera. Hunderte solcher Bilder werden so pro Sekunde aufgenommen. Ein einzelnes Event zu rekonstruieren, nimmt bis zu sechs Minuten an Rechenzeit von leistungsfähigen Computern in Anspruch. Insbesondere wird dabei der Weg zurückzuverfolgt, den ein Teilchen durch den Detektor genommen hat. Die große Menge an potentiellen "QGP Bildern“ stellt einen enormen Rechenaufwand dar, dem mit dem sogenannten Grid-computing begegnet wird. Praktisch können auf diese Weise die Rekonstruktion und die Analyse solcher Events auf Computer auf der ganzen Erde verteilt werden, wobei die Computer von Stundenten und Mitarbeitern ferngesteuert zu einem "virtuellen Cluster " zusammengeschlossen werden.

STAR-Events:

Links:
STAR-Homepage
STAR Lite (Education and Outreach)
STAR Live Events
Max-Planck-Institut für Physik, München

Besonderen Dank an: 
Dr. Jerome Lauret (BNL) & Valeri Fine (BNL)