Mikroskopische Analyse hochangeregter Materie in ultrarelativistischen Kern-Kern-Reaktionen

Eine der großen Fragen, deren Beantwortung sich der Mensch gestellt hat, besteht darin, die Grundlage seiner eigenen Existenz zu verstehen und zu erforschen. Aufblickend vom Hier und Jetzt unserer sinnlich erfaßbaren Welt führt dies über die Entstehung des Lebens zur Frage der Genesis des uns umgebenden Universums an sich. Wir wollen etwas über die Kräfte lernen, die zur Entstehung unserer heutigen Welt geführt haben, und deren Zukunft bestimmen. Es geht darum zu erforschen, was die Natur nur für winzigste Sekundenbruchteile nach dem Urknall hervorbrachte und was heutzutage vielleicht noch in Neutronensternen und während Supernova-Explosionen existiert. Diese Aufgabe führt uns weit über den Horizont des Verständnisses gewöhnlicher, "normaler" Materie hinaus. Neben der bekannten uns umgebenden Materie (aufgebaut aus Neutronen, Protonen und Elektronen) existieren weitere exotische Materiezustände wie zum Beispiel Antimaterie, Strangelets und Hypermaterie, Delta-Materie (Resonanzmaterie), Glueballs. Zur Zeit am intensivsten untersucht wird das Quark-Gluon-Plasma (QGP): Ein nahezu wechselwirkungsfreies Gas aus Quarks und Gluonen. Um auf der Erde diese exotischen Bedingungen zu untersuchen, sind immense Anstrengungen erforderlich. Man benötigt Maschinen, die Materie auf extreme Temperaturen erhitzen (etwa 1000 Milliarden Grad Celsius) und sehr stark komprimieren. (Ein Fingerhut voll von komprimierter Kernmaterie würde etwa eine Million Tonnen wiegen.) Relativistische Schwerionenbeschleuniger stellen bislang die einzigen Maschinen dar, die diese enorme Leistung bewerkstelligen können. Je nachdem, wie weit man in die Vergangenheit des Universums schauen möchte, schießt man die Ionen mit verschiedenen Energien aufeinander. Hohe Beschleunigerenergien und schwere Ionen führen zu hohen erzeugten Dichten und sehr hohen Temperaturen, wie man sie kurz nach dem Urknall vermutet. Das vorläufige Ende dieser Bemühungen stellt der geplante Large Hadron Collider CERN-LHC (Genf) dar. Aufgabe der theoretischen Physik ist es, aus den beobachteten Teilchenspuren Rückschlüsse auf die erzeugten Dichten und Temperaturen zu ziehen, sowie Erklärungen für gewisse Prozesse zu liefern und neue Fragen an die Natur zu formulieren. Die dabei zugrundeliegende physikalische Theorie ist die Quantenchromodynamik (QCD). Der mathematische Apparat dieser Theorie ist jedoch derart kompliziert, daß es nicht einmal möglich ist, ein einzelnes Nukleon mit dieser Theorie von grundlegenden Prinzipien aus zu beschreiben. Zum Verständnis von Schwerionenkollisionen, an denen viele hundert Teilchen beteiligt sind, wurden deshalb aufwendige - jedoch nicht direkt aus fundamentalen Prinzipien herleitbare - phänomenologische (computergestützte) Modelle entwickelt. Eines dieser Modelle ist die von Marcus Bleicher verwendete ultra-relativistische Quanten-Molekular-Dynamik (URQMD). Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte mikroskopische URQMD-Modell wird ausführlich dargestellt und diskutiert. Darauf aufbauend wird das Abstoppverhalten und die Erzeugung des transversalen Flusses untersucht. Weitere aktuelle Informationen zum jüngsten Durchbruch des CERN bei der Herstellung eines Quark-Gluonen-Plasma finden sich unter: http://www.cern.ch/CERN/Announcements/2000/NewStateMatter /science.html