Was passiert eigentlich, wenn man Materie immer weiter
zusammendrückt? Stellen wir uns kurz vor, wir drücken die Erde so weit
zusammen, dass sie nur noch halb so groß ist? Oder wir übertreiben sogar
so weit, dass wir eine komplette Sonne auf eine Kugel mit einem Radius
von 10 Kilometern zusammendrücken?
Klingt wahnwitzig? Ist es auch, aber das gibt es wirklich!
Diese Objekte nennt man Neutronensterne und sie entstehen, wenn schwere Sterne keinen “Treibstoff” mehr für die Kernfusion haben und unter ihrer eigenen Gravitation zusammenfallen. Ganz am Ende dieser Entwicklung steht dann ein Neutronenstern, der im Inneren dreimal so dicht ist wie ein normaler Atomkern.
Jetzt kann man natürlich diese Neutronensterne im Universum
beobachten, das ist extrem spannend, aber sehr weit weg und auch nicht
ganz unkompliziert. Nicht minder kompliziert, aber viel näher dran ist
es, wenn die Neutronensterne in’s Labor geholt werden!
Hier setzt
das CBM-Experiment an. CBM steht für Compressed Baryonic Matter und
wird eine der wichtigsten wissenschaftlichen Säulen der zukünftigen
Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt sein.
Ziel des CBM-Programms ist die Erforschung möglichst hoher Baryonendichten durch hochenergetische Kern-Kern-Kollisionen.
Baryonen
sind in diesem Fall hauptsächlich Protonen und Neutronen, also die
Bausteine von Atomkernen. Allgemein gesprochen sind Baryonen Teilchen,
die aus 3 Quarks bestehen. Der Name kommt aus dem Altgriechischen, hier
bedeutet “baryos” einfach nur “schwer”.
Indem man diese Baryonen
beschleunigt und dann aufeinanderprallen lässt, kann die gesuchte
hochkomprimierte Materie erzeugt werden, die sich auch im Inneren von
Neutronensternen findet. Beim Aufprall entstehen bis zu 100 neue
Teilchen, allerdings erfreuen sich nicht alle einer langen Lebensdauer
und so zerfällt ein Großteil wieder in Teilchen und Antiteilchen. CBM
ist aber gerade auf den Nachweis dieser entstandenen Teilchen
spezialisiert und vermag sie einzufangen.
CBM untersucht nämlich
die sogenannte Zustandsgleichung von Kernmaterie. Die Zustandsgleichung
gibt an, wie sich etwas verhält, wenn man Druck ausübt oder es erhitzt.
Ein solches Verhalten kennen wir beispielsweise von Wasser, das bei
hoher Temperatur gasförmig und bei niedriger Temperatur fest wird. Das
Bild zeigt ein ungefähres Phasendiagramm.