Eine neue Perspektive der Resonanzunterdrückung

Was passiert, wenn Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinandertreffen? In solchen extremen Kollisionen wie sie am Large Hadron Collider (LHC) stattfinden entsteht ein ganz besonderer Zustand der Materie: ein heißes, dichtes Süppchen aus den Bausteinen von Protonen und Neutronen. Dieser Zustand, das sogenannte Quark-Gluon-Plasma, ähnelt vermutlich dem Universum in den ersten Momenten nach dem Urknall. Um besser zu verstehen, wie sich diese exotische Materie verhält, beobachten Wissenschaftler sogenannte Resonanzen kurzlebige Teilchen, die unmittelbar nach der Kollision entstehen und fast sofort wieder zerfallen. Dabei zeigt sich ein überraschendes Muster: Manche Resonanzen treten seltener auf als erwartet. Bisher wurde angenommen, dass ihre Zerfallsprodukte nach der Kollision mit anderen Teilchen zusammenstoßen und dadurch verloren gehen ähnlich wie ein Feuerwerk, das man in einem Sturm nicht sehen kann. Dieses neue Projekt stellt diese Erklärung in Frage. Es untersucht, ob die Unterdrückung von Resonanzen nicht vielleicht schon vor der vollständigen Bildung der Teilchen beginnt also in den allerersten Momenten nach der Kollision, wenn sich Energie und sogenannte Farbladung (eine quantenphysikalische Eigenschaft) neu organisieren. Dazu werden zwei bestimmte Resonanzen untersucht, die jeweils auf zwei verschiedene Arten zerfallen können. Ein Zerfall erzeugt ausschließlich feste Teilchen (Hadronen), der andere ein Hadron und ein Photon (ein Lichtteilchen). Wenn die Unterdrückung durch spätere Zusammenstöße verursacht wird, sollten die Zerfälle mit Photonen die weniger gestört werden weniger stark unterdrückt sein. Passiert die Unterdrückung jedoch früher, sollten beide Zerfallswege gleich betroffen sein. Solche Messungen sind äußerst anspruchsvoll. Die Photon-Zerfälle sind sehr selten und wurden in dieser Form noch nie detailliert untersucht. Dank der enormen Datenmengen aus aktuellen Experimenten und moderner Methoden wie maschinellem Lernen ist es nun erstmals möglich, diese Signale zuverlässig zu erfassen. Durch den Vergleich der neuen Ergebnisse mit aktuellen theoretischen Modellen insbesondere solchen, die auf dem Konzept der Farbladungs-Neuordnung (Colour Reconnection) beruhen wird untersucht, ob diese Modelle das Phänomen erklären können. Unabhängig vom Ergebnis wird das Projekt wichtige neue Erkenntnisse liefern: entweder wird die bisherige Erklärung bestätigt oder es eröffnet sich ein völlig neuer Blick darauf, wie Teilchen in hochenergetischen Umgebungen entstehen. So oder so kommen wir der Antwort auf die Frage näher, wie unser Universum auf fundamentaler Ebene funktioniert.