Stellen Sie sich vor, Sie hätten ein Mikroskop, mit dem Sie ein einzelnes Atom beliebig nah betrachten könnten. Bei einem Wasserstoffatom zum Beispiel würden Sie mühelos am Elektron in der Hülle vorbei bis hinein zum Kern zoomen, der nur aus einem einzelnen Proton besteht. In dessen Innerem erwartet Sie bei der nächsten Vergrößerungsstufe vielleicht ein Bild, das sich so in vielen Lehrbüchern findet, nämlich ein Trio aus fundamentalen Teilchen: zwei Up-Quarks und ein Down-Quark. In Wirklichkeit sähen Sie sich jedoch einem komplizierten Durcheinander gegenüber, bei dem etliche Bestandteile zusammenwirken. Erst gemeinsam erzeugen sie die Masse, den Spin und andere Eigenschaften des Protons, das hinsichtlich vieler Aspekte noch immer rätselhaft ist.

Die drei Quarks in dem vereinfachten didaktischen Bild sind lediglich die »Valenzquarks« des Protons. Sie schwimmen wie weithin sichtbare Bojen auf einer aufgewühlten See aus weiteren Quarks und ihren Antimaterie-Gegenstücken, den Antiquarks, sowie den klebrigen »Gluonen«, die alles zusammenhalten. Die Gesamtzahl der Quarks und Gluonen im Proton ändert sich ständig. Unablässig tauchen Quark-Antiquark-Paare aus dem Nichts auf und verschwinden wieder; Gluonen neigen unterdessen dazu, sich zu vervielfältigen, insbesondere wenn das Proton an Energie gewinnt. Es herrscht heil­loses Chaos. Dieses wird immerhin von der so genannten starken Kraft gebändigt, der stärksten der vier fundamentalen Wechselwirkungen. Sie sperrt das ganze Tohuwabohu ins Innere der Protonen und Neutronen. Doch das hat sie nicht immer getan.

Unmittelbar nach dem Urknall war das Universum so heiß und dicht, dass die starke Kraft die umherschwirrenden Quarks und Gluonen nicht zusammenhalten konnte. Stattdessen formten sie eine Art perfekte, reibungsfreie Flüssigkeit, das so genannte Quark-Gluon-Plasma. Dieser Abschnitt in der kosmischen Geschichte endete schnell. Nach Sekundenbruchteilen waren die Quarks und Gluonen bereits in Atomkernen zusammengepfercht.

Heute lassen sich Quark-Gluon-Plasmen wieder heraufbeschwören …