US-Physiker bestätigen Entstehung realer Materie aus Quantenvakuumfluktuationen

Wissenschaftler der STAR-Kollaboration am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) haben eine experimentelle Bestätigung für die Entstehung nachweisbarer Materie aus den virtuellen Fluktuationen des Quantenvakuums erbracht. Diese Erkenntnis, die Anfang Februar 2026 in der Fachzeitschrift Nature publiziert wurde, liefert einen direkten Beleg für ein lange postuliertes theoretisches Konzept. Die Forschung fand an der vom US-Energieministerium (DOE) betriebenen Anlage Brookhaven National Laboratory (BNL) statt, wo der RHIC als einziger Teilchenbeschleuniger in den USA für die Schwerionenforschung genutzt wird.

Die Forscher analysierten Millionen von Proton-Proton-Kollisionen, wobei sie ihren Fokus auf die kurzlebigen Teilchen Lambda-Hyperonen und deren Antiteilchen, die Antilambda-Teilchen, legten. Diese Teilchen sind für die Untersuchung relevant, da ihre Quantenspin-Orientierung, die mit magnetischen Eigenschaften korreliert, aus ihren Zerfallsmustern präzise rekonstruiert werden kann. Die Analyse ergab, dass die Spins von Lambda- und Antilambda-Paaren, die in unmittelbarer Nähe zueinander bei einer Kollision entstehen, perfekt ausgerichtet sind. Diese Beobachtung gilt als erster direkter Nachweis dafür, dass die sogenannten seltsamen Quarks in diesen Teilchen aus einem einzigen, untrennbaren Paar stammen, das aus dem Vakuum hervorgegangen ist.

Das Quantenvakuum wird in der modernen Physik als ein dynamisches Medium betrachtet, das von Energiefluktuationen durchzogen ist, welche kurzlebige, quantenverschränkte virtuelle Teilchen-Antiteilchen-Paare erzeugen. Die Kollisionen am RHIC, die Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit erreichen, liefern die notwendige Energie, um einige dieser virtuellen seltsamen Quark/Anti-Quark-Paare in reale, detektierbare Teilchen umzuwandeln. Da die virtuellen seltsamen Quark/Anti-Quark-Paare stets eine ausgerichtete Spin-Konfiguration aufweisen, impliziert die Feststellung derselben Ausrichtung bei den Lambda-Antilambda-Paaren, dass sie diese Quantenausrichtung von ihrem Ursprung geerbt haben.

Dr. Zhoudunming (Kong) Tu, ein STAR-Physiker am Brookhaven Lab und Co-Leiter der Studie, betonte im Februar 2026, dass diese Forschung ein Fenster zum Quantenvakuum öffnet und das Verständnis der Entstehung sichtbarer Materie erweitert. Dr. Jan Vanek von der University of New Hampshire, ebenfalls Co-Leiter, verglich das Phänomen mit „Quanten-Zwillingen“, die die Spin-Ausrichtung ihrer Eltern-Quarks beibehalten, wenn sie nahe beieinander generiert werden. Dieses Phänomen der Ausrichtung verschwindet, wenn die Teilchen räumlich weiter voneinander entfernt entstehen, was auf einen Verlust der Quantenverschränkung durch Umwelteinflüsse hindeutet.

Die Relevanz dieser Arbeit liegt in der direkten experimentellen Verknüpfung von theoretischen Vakuumenergien mit der Erzeugung greifbarer Materie. Die Forschenden planen, diese Messtechnik auf Schwerionenkollisionen und die zukünftige Anlage am Electron-Ion Collider (EIC) auszudehnen, ein geplantes Projekt am BNL, das wesentliche Infrastruktur des RHIC wiederverwenden wird. Diese neue Technik, die auf der Analyse von Spin-Korrelationen basiert, stellt einen methodischen Fortschritt dar, der über frühere Untersuchungen der Hyperonenpolarisation hinausgeht. Die Weiterentwicklung am EIC wird voraussichtlich die Präzision erhöhen, mit der die internen Strukturen von Protonen und Neutronen untersucht werden können, um die fundamentalen Bindungskräfte der Materie zu entschlüsseln.