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Physik

Ein Zustand wie zu Beginn des Universums

Dr. Falk Bruckmann forscht an der Universität Regensburg zum Quark-Gluon-Plasma. Die DFG fördert ihn mit einem Heisenberg-Stipendium.
Von Louisa Knobloch, MZ

  • Der Physiker Dr. Falk Bruckmann erforscht das Quark-Gluon-Plasma. Foto: Knobloch
  • Quantenfluktuationen von Quarks und Gluonen auf einem Raum-Zeit-Gitter Illustration: Dr. Falk Bruckmann/Physics Letters

Regensburg.Mikro-Sekunden nach dem Urknall entstand bei extrem hohen Temperaturen ein besonderer Zustand von Materie: das sogenannte Quark-Gluon-Plasma. Die Elementarteilchen Quarks und Gluonen sind die Grundbausteine von Atomkernen. Zwischen ihnen herrscht eine starke Wechselwirkung, wobei die Gluonen die Mittlerteilchen der Kraft sind. In der Physik wird die Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen mit der Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben. Damit beschäftigt sich auch Privatdozent Dr. Falk Bruckmann am Institut für Theoretische Physik der Universität Regensburg. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt den Wissenschaftler für zunächst drei Jahre mit einem Heisenberg-Stipendium. „Regensburg hat einen guten Ruf auf dem Gebiet der Quantenchromodynamik“, sagt Bruckmann. Im Sonderforschungsbereich „Hadronenphysik mit Gitter-QCD“ arbeiten Regensburger Forscher mit Kollegen aus Wuppertal zusammen. Auch mehrere große Konferenzen in diesem Bereich fanden bereits in Regensburg statt.

An Forschungseinrichtungen wie dem CERN in Genf wird das Quark-Gluon-Plasma experimentell erforscht. Dabei werden schwere Atomkerne mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinandergeschossen. „Für wenige Bruchteile von Sekunden entsteht dann das Quark-Gluon-Plasma“, sagt Bruckmann. Dieser Zustand ist jedoch so kurzlebig, dass er nur indirekt nachgewiesen werden kann. Was da genau passiert und welche Eigenschaften dieser besondere Zustand von Materie hat, erforscht der Regensburger Wissenschaftler mit theoretischen und numerischen Methoden – etwa Computersimulationen auf Raum-Zeit-Gittern. In den daraus resultierenden Datenmengen die zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen zu erkennen, sei eine Herausforderung.

Besonders interessant für die Wissenschaftler ist, dass im Quark-Gluon-Plasma das sogenannte Confinement (dt. Eingesperrtsein) der Quarks und Gluonen aufgehoben ist. Diese Teilchen haben eine Farbladung, die als rot, grün und blau bezeichnet wird. Normalerweise kommen Quarks und Gluonen nur in Zweier- oder Dreiergruppen gebunden als farbneutrale (weiße) Teilchen vor. Im Quark-Gluonen-Plasma könnten sie – trotz Farbladung – aber auch einzeln auftreten.

Von den Untersuchungen dieses Materiezustands erhoffen sich Wissenschaftler neue Erkenntnisse zur Entstehung des Universums sowie zu Neutronensternen, bei denen die Quarkmaterie extrem verdichtet ist. „Das ist ein spannender Forschungsbereich“, sagt Bruckmann. Auch die Zusammenarbeit mit internationalen Kollegen gefällt ihm. „Wir forschen an dem, was die Welt im Innersten zusammenhält.“

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