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Hintergrund - Schwerionenkollision

Hintergrund - Schwerionenkollision

In diesem Blog ist öfters die Rede von Schwerionenkollisionen - aber was ist das eigentlich?

Auf den ersten Blick scheint es ganz einfach, es wird wohl eine Kollision von schweren Ionen sein. Aber das wirft natürlich die nächste Frage nach den Ionen auf und was macht diese besonders schwer? Ein Ion ist erstmal ganz einfach ein geladenes Atom. Üblicherweise besteht ein Atom aus gleich vielen Protonen im Kern (positiv geladen) und Elektronen in der Hülle (negativ geladen). Dazu kommen noch die neutralen Neutronen im Kern. Nimmt man nun ein Elektron weg, so überwiegt im Gesamten die positive Ladung um eins und man hat ein positives Ion. Vollkommen parallel natürlich, wenn man ein Elektron hinzugibt. Man könnte auch die Anzahl der Protonen verändern, was allerdings technisch deutlich schwieriger ist. 

Diese Ionen haben für uns einen entscheidenden Vorteil. Durch ihre elektrische Ladung, üblicherweise werden in Teilchenbeschleunigern positiv geladene Ionen verwendet, kann man sie elektrisch beschleunigen. Im Idealfall möchte man sehr stark geladene Ionen verwenden, denn je mehr Ladung ein Teilchen hat, desto besser kann ich es beschleunigen. 

So bleibt die Frage was eigentlich schwer ist? Das ist natürlich, wie so häufig ein fliessender Übergang. So spricht man zum Beispiel auch schon der Kollision von Kohlestoff-Ionen, das heisst 6 Protonen und Neutronen, schon von einem schweren Ion. Dies geschieht hauptsächlich in Abgrenzung zu Proton-Proton-Kollisionen, die zwar auch Ionen sind, aber andere Phänomene untersuchen. Interessant ist bei solchen Kollisionen unter anderem, dass neue Teilchen produziert werden können. Gemäß der wohl bekanntesten Gleichung der Welt

E=mcwird die Beschleunigungsenergie genutzt, um neue Teilchen zu produzieren.

Wenn man zum Beispiel heisse und dichte Materie untersuchen möchte, dann können die Ionen nicht schwer genug sein. Oft nutzt man dann Gold (79 Protonen) oder Blei (82 Protonen) oder gar Uran mit 92 Protonen. Ebenso vielfältig wie die Ionensorten sind die Signale, die untersucht werden können. So kann man sich die Anzahl der produzierten Teilchen anschauen, geometrische Muster oder auch Korrelationen zwischen den einzelnen produzierten Teilchen. 

Dies klingt natürlich wie immer etwas einfacher als es am Ende ist - schlussendlich analysieren Hunderte Physikerinnen und Physiker mit riesigen Detektoren und Hochleistungsrechnern diese Daten und versuchen dem Geheimnis der Kollision, die nur ca.  0,00000 00000 00000 00000 001 Sekunde gedauert hat, etwas näher zu kommen. 

Hintergrund - Schwerionenkollision