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Wissenschaftler haben gerade das stärkste Magnetfeld im Universum geschaffen

Sie haben wahrscheinlich noch nie von Magnetaren gehört, aber kurz gesagt handelt es sich um eine seltsame Art von Neutronensternen, deren Magnetfeld etwa eine Billion Mal stärker ist als das der Erde.

Um ihre Kraft zu veranschaulichen: Wenn Sie sich einem etwa 1.000 Kilometer (600 Meilen) entfernten Magnetar nähern, wird Ihr gesamter Körper zerstört.

Sein unvorstellbar starkes Feld wird Ihren Atomen Elektronen entreißen und Sie in eine Wolke einatomiger Ionen – einzelne Atome ohne Elektronen – verwandeln EarthSkyAnmerkungen.

Wissenschaftler haben jedoch gerade herausgefunden, dass es hier auf unserem geliebten Planeten Regionen geben könnte, in denen Magnetblitze mit solcher Kraft explodieren, dass sie Magnetare geradezu schwach erscheinen lassen.

Wie um alles in der Welt ist das möglich? Du fragst. Nun, die Antwort ist nicht klar.

Es beginnt am Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums. Oder genauer gesagt: in Relativistischer Schwerionenbeschleuniger (RHIC).

Wissenschaftler können am RHIC die Pfade von Partikeln verfolgen, die bei Schwerionenkollisionen entstehen(Roger Stoutenberg und Jane Abramowitz/Brookhaven National Laboratory)

Nachdem sie die Kerne verschiedener Schwerionen in diesem riesigen Teilchenbeschleuniger zusammengeschlagen hatten, fanden Physiker am Brookhaven Laboratory Hinweise auf skalare Magnetfelder.

Durch die Messung der Bewegung noch kleinerer Teilchen – Quarks (die Grundeinheiten aller sichtbaren Materie im Universum) und Gluonen (der „Klebstoff“, der Quarks zu Protonen und Neutronen zusammenhält) – hoffen Wissenschaftler nun auf neue Erkenntnisse Einblick in das tiefe Innenleben der Atome.

Es ist wichtig zu beachten, dass es neben diesen beiden Elementarteilchen noch Antiquarks gibt.

Für jede Quark-Variante gibt es ein Antiquark, das die gleiche Masse und Ruheenergie wie sein Gegenquark, aber die entgegengesetzte Ladung und Quantenzahl hat.

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Die Lebensdauer von Quarks und Antiquarks in Kernteilchen ist kurz. Aber je besser wir verstehen können, wie sie sich bewegen und interagieren, desto bessere Experten können verstehen, wie Materie – und damit das gesamte Universum – aufgebaut ist.

Um die Aktivität dieser fundamentalen Teilchen abzubilden, benötigen Physiker ein extrem starkes Magnetfeld.

Um dies zu erreichen, nutzte das Team des Brookhaven Laboratory RHIC, um außermittige Kollisionen schwerer Atomkerne – in diesem Fall Gold – zu erzeugen.

Das dadurch erzeugte starke Magnetfeld erzeugte einen elektrischen Strom in den Quarks und Gluonen, die aus den bei den Kollisionen getrennten Protonen und Neutronen „befreit“ wurden.

Das Ergebnis ist, dass Experten nun eine neue Methode zur Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit dieses „Quark-Gluon-Plasmas“ (QGP) – dem Zustand, in dem sich Quarks und Gluonen aus kollidierenden Protonen und Neutronen lösen – entwickelt haben, was dazu beitragen wird, unser Verständnis davon zu verbessern diese Angelegenheiten. Die Grundbausteine ​​des Lebens.

Durch die Kollision schwerer Ionen entsteht ein extrem starkes elektromagnetisches Feld(Tiffany Bowman und Jane Abramowitz/Brookhaven National Laboratory)

„Dies ist die erste Messung, wie ein Magnetfeld mit einem Quark-Gluon-Plasma (QGP) interagiert“, sagte Duo Chen, ein Physiker von der chinesischen Fudan-Universität und Leiter der neuen Analyse. eine Erlaubnis.

Tatsächlich ist die Messung der Auswirkungen dieser außermittigen Kollisionen auf fließende Teilchen die einzige Möglichkeit, einen direkten Beweis für die Existenz dieser starken Magnetfelder zu liefern.

Lange glaubten Experten, dass solche außermittigen Kollisionen starke Magnetfelder erzeugen würden, doch seit Jahren lässt sich dies nicht beweisen.

Dies liegt daran, dass bei schweren Ionenkollisionen die Dinge sehr schnell ablaufen und das Feld daher nicht lange anhält.

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Mit „nicht lange“ meinen wir, dass es innerhalb von zehn Millionstel einer Milliardstel einer Milliardstel Sekunde verschwindet, was es zwangsläufig schwierig macht, es zu bemerken.

Doch so flüchtig dieses Reich auch war, es war auf jeden Fall höllisch mächtig. Dies liegt daran, dass einige der nicht kollidierenden, positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen, aus denen die Kerne bestehen, spiralförmig nach außen geschickt werden und einen Wirbel aus Magnetismus erzeugen, der so stark ist, dass er mehr Gauss (Einheit der magnetischen Induktion) liefert als ein Neutronenstern.

„Diese sich schnell bewegenden positiven Ladungen sollten ein extrem starkes Magnetfeld erzeugen, voraussichtlich 1018 Gauss“, erklärte UCLA-Physiker Gang Wang.

Zum Vergleich, so stellte er fest, haben Neutronensterne – die dichtesten Objekte im Universum – Felder von etwa 1.014 Gauss, während Kühlschrankmagnete ein Feld von etwa 100 Gauss erzeugen und das schützende Magnetfeld der Erde lediglich 0,5 Gauss beträgt.

Dies bedeutet, dass das Magnetfeld, das durch Kollisionen außermittiger schwerer Ionen erzeugt wird, „wahrscheinlich das stärkste in unserem Universum ist“, sagte Wang.

Das erzeugte Magnetfeld war viel größer als das Magnetfeld eines Neutronensterns(Istock)

Wie wir bereits erklärt haben, konnten Wissenschaftler das Feld jedoch nicht direkt messen. Stattdessen beobachteten sie die kollektive Bewegung geladener Teilchen.

„Wir wollten sehen, ob die geladenen Teilchen, die durch außermittige Schwerionenkollisionen erzeugt wurden, auf eine Weise abgelenkt wurden, die nur durch das Vorhandensein eines elektromagnetischen Feldes in den kleinen QGP-Flecken, die bei diesen Kollisionen entstanden, erklärt werden konnte“, sagte Aihong Tang , ein Physiker des Brookhaven Laboratory.

Das Team verfolgte die kollektive Bewegung verschiedener Paare geladener Teilchen und schloss dabei den Einfluss konkurrierender nichtelektromagnetischer Einflüsse aus.

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„Letztendlich sehen wir ein Muster ladungsabhängiger Ablenkung, das nur durch ein elektromagnetisches Feld im QGP stimuliert werden kann – ein klares Zeichen der Faraday-Induktion (ein Gesetz, das besagt, dass sich ändernder magnetischer Fluss ein elektrisches Feld induziert)“, bestätigte Tang.

Da Wissenschaftler nun Beweise dafür haben, dass Magnetfelder in QGP ein elektromagnetisches Feld erzeugen, können sie die Leitfähigkeit von QGP überprüfen.

„Das ist ein grundlegendes und wichtiges Merkmal“, sagte Shen. „Wir können den Wert der Leitfähigkeit aus unserer Messung der kollektiven Bewegung ableiten.

„Das Ausmaß der Partikelablenkung steht in direktem Zusammenhang mit der Stärke des elektromagnetischen Feldes und der Leitfähigkeit des QGP, und noch nie hat jemand die Leitfähigkeit des QGP gemessen.“

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Magda Franke

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