Was ist die seltenste Substanz im Universum?
Die seltenste Substanz im Universum ist wahrscheinlich das Quark-Gluon-Plasma oder ähnliches. Dies ist eine Phase der Materie, die nur unter den intensivsten Temperaturen und Drücken erzeugt wird. Während der ersten millionstel Sekunde nach dem Urknall, dem explosiven Ereignis, das unser Universum erschuf, lag die Materie größtenteils in Form eines Quark-Gluon-Plasmas vor. Quarks und Gluonen sind Teilchen, die Nukleonen wie Neutronen und Protonen bilden, die wiederum die Atome bilden, die alle Materie ausmachen. Quarks sind die Teilchen mit Masse, während Gluonen die kraftvermittelnden Teilchen sind, die die Quarks "zusammenkleben".
Obwohl das Quark-Gluon-Plasma derzeit ein Anwärter auf die seltenste Substanz im Universum ist, war es am Anfang der normale Zustand der Materie. Ein Quark-Gluon-Plasma ist ein Bad aus fast freien Quarks und Gluonen, die typischerweise fest in Nukleonen eingeschlossen sind. Herkömmliche Nukleonen werden so eng zusammengehalten, dass selbst eine nukleare Explosion oder die Temperatur und der Druck im Kern der Sonne nicht ausreichen, um sie auseinander zu schütteln. Freie Quarks wurden nie beobachtet, und einige Physiker halten das Phänomen der freien Quarks für physikalisch unmöglich.
Quark-Gluon-Plasma entsteht unter ungewöhnlichen Umständen außerhalb des Urknalls. Seit dem Jahr 2000 ist es uns gelungen, es in Teilchenbeschleunigern nach Belieben zu produzieren und dabei enorme Mengen an Energie zu verbrauchen, die auf Schwerionen abzielen. Es dauerte ungefähr zwei Jahrzehnte, bis wir es, die seltenste Substanz, die wir kennen, hergestellt haben. Das Kunststück wurde am CERN-Teilchenbeschleuniger in der Schweiz vollbracht. In jüngerer Zeit führt der Large Hadron Collider des CERN Experimente mit dem Quark-Gluon-Plasma durch.
Das Quark-Gluon-Plasma ist möglicherweise nicht die seltenste Substanz, wenn sich herausstellt, dass es in den Zentren extrem massereicher Sterne vorhanden ist. Einige Neutronensterne (der Rest, den einige der größten Supernovae hinterlassen haben) sind dichter als es die Theorie vermuten lässt, dass es sich nicht um Neutronensterne, sondern um Quarksterne handelt. Neutronensterne haben einen Radius zwischen 10 und 20 km, aber eine Masse, die etwas größer ist als die der Sonne. Im Gegensatz dazu hätten Quarksterne, wenn sie existieren, einen Radius zwischen 3 und 9 km und eine Masse, die mit Neutronensternen vergleichbar ist, was sie zu den dichtesten Objekten im Universum macht. Der Supernova-Überrest RX J1856.5-3754, der der Erde am nächsten liegende Neutronenstern, ist ein potenzieller Kandidat für den Status eines Quarksterns.
Es gibt andere Substanzen, die um den Titel der seltensten Substanz im Universum kämpfen. Dazu gehören die exotischen Partikel, die bei Kollisionen mit sehr energiereichen kosmischen Strahlen entstehen, und andere exotische Partikel, die zu Beginn des Universums existierten, seitdem aber noch nie gesehen wurden. Antimaterie ist nicht die seltenste Substanz im Universum, da sie praktisch überall im Weltraum schwebt, wenn auch in sehr geringen Anteilen.