Partikelfysik- ved Esben Klinkby - Experimentarium

væsentlig mindre end .
I partikelfysik arbejder vi ud fra
erkendelsen af, at hverken vores øjne
eller hjerner er gode nok til at skelne de
detaljer, vi ønsker at se – for det første
fordi synligt lys har bølgelængder af
størrelsesordnen 500 nm hvilket er
omkring 10 -7 m, mens kerner blot har en
udstrækning på 10 -15 m. Dvs øjet er ikke
en brugbar detektor, vi har brug for
noget der kan se lys med mindre
bølgelængde, eller alternativt: lys med
højere energi:
E=hf = hc
Som forklaret i Appendiks: Kvantefysik,
har ikke bare lys, men også hvad
vi normalt ville betragte som partikler
bølgeegenskaber. Eksempelvis har
elektronen bølgeegenskaber. Sammenlignet
med fotonen, adskiller elektronen
sig blandt andet ved at have en ladning,
der gør den velegenet til acceleratoreksperimenter.
Derfor er elektronen
foretrukket frem for fotonen som probe
til at undersøge baryonens indre
struktur.
Tilsvarende som for fotonen har
elektronen en bølgelængde som er
afhængig af dens energi:
=h/ p
Da elektronen som oftest har fået sin
energi ved at gennemløbe et spændingsfald
U, har den en hastighed:
½mv 2 =eU → v=2 eU /m.
h
h
Dvs =
=
m 2 eU /m 2 eUm
Her er ikke taget højde for relativistiske
effekter, som opstår, hvis elektronen
nærmer sig lyshastigheden.
Q: For hvilket elektrisk felt opnår
elektronen hastigheden 0.5c?
Som svaret på ovenstående spørgsmål
illustrerer, så kan vi ikke se bort fra
relativistiske effekter:
E kin =mc 2 −m 0 c 2 =eU → m=m 0 eU /c 2
og m= m 0 =m 0 /1−v 2 /c 2
Sæt de to ligninger lig hinanden, isoler
v, og genkend m. Herved fås:
p=mv=2 m 0 eU eU /c 2
hvorved ligningen for elektronens
bølgelængde modificeres til:
=h/ p=h/2 m 0 eUeU /c 2
Q: Hvad er forskellen i relativistisk og
ikke-relativistisk bølgelængde for en
elektron der har gennemløbet et
spændingsfald på 100.000V?
Ved HERA eksperimenterne i Hamborg
kolliderer man elektroner med en energi
på 27.5 GeV med protoner med en
energi på 920GeV.
Q: Hvad er henholdsvis elektronernes
og protonernes hastigheder? Hvilken
bølgelængde har en elektron med
energien 27.5GeV?
Grunden til, at man har valgt at
kollidere netop disse to partikler, er,
26