BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

• Warum haben z. B. alle Elektronen die gleiche Masse, sie könnten ja auch ein
Massenspektrum haben?
• Warum sind Energie und Masse äquivalent?
• Wie entsteht Masse?
• Was sind Raum und Zeit aus physikalischer Sicht? Wie entsteht Raum und Zeit?
Bei einigen dieser Fragen stellt sich auch die Problematik der naturgegebenen Grenzen der
menschlichen Erkenntnis. Ob die Teilchenphysik je genaue Aussagen über das, was während des
Urknalls geschah, machen kann, ist stark bezweifelt – sie wird wohl eher darüber, was kurz danach
geschah, Kenntnis erlangen. Vor allem die Raum-und-Zeit-Fragen besitzen eine Brisanz auch in der
Philosophie, sodass bei der Thematik „Weltformel“ auch die Philosophie in gewisser Weise berührt
wird und noch nicht einmal klar ist, ob die Physik solche Fragen mit ihren Methoden je abschließend
beantworten kann.
1.4. Notwendigkeit hoher Energien
Häufig wird Hochenergiephysik als Synonym für Teilchenphysik gebraucht. Wie hängt das
zusammen? 4
Die immer tiefere Erforschung der Struktur der Materie erforderte immer bessere Messapparaturen
(siehe Abb. 5). Die „Mikroskope“ (diesen Begriff bitte nicht nur im Zusammenhang mit dem
gewohnten Lichtmikroskop aus dem Biologieunterricht sehen) mussten immer höhere Auflösungen
vollbringen. Mit dem sichtbaren Licht ging dies nur solange, bis die zu untersuchenden Strukturen
nicht kleiner waren als dessen Wellenlänge. Nach der Formel
c = λ ⋅ f (mit λ : Wellenlänge, f: Frequenz) kam das sichtbare Licht mit einem Spektrum zwischen 380
und 780 nm schon im Bereich der Moleküle an die Grenzen. Neue Untersuchungsmethoden mussten
h ⋅ c
her. Nach der Formel E = (mit h: Planckkonstante, c: Lichtgeschwindigkeit) lässt sich ableiten,
λ
dass für kleine Wellenlängen viel Energie benötigt
wird. Für kleinere Dimensionen werden daher in
der Teilchenphysik künstlich Teilchen mit hoher
Energie erzeugt.
Die Verwendung der beschleunigten Teilchen als
„Abtaster“ der Strukturen etablierte sich.
Dies wird durch die Beschleunigung von Teilchen
(Erhöhung der Bewegungsenergie) möglich. Da in
den Beschleunigern sehr hohe Energien erzielt
werden, spricht man auch von Hochenergiephysik.
Mittlerweile wurden so kleine Wellenlängen
erreicht, dass man mit dem Beschleuniger HERA
am DESY das Proton (etwa einen Femtometer
groß) abtasten konnte.
4 Der hier vorgestellte Gedankengang der Mikroskope
stammt aus einem Interview mit Prof. Caren Hagner.
Abb. 5: Verschiedene „Mikroskope“ – vom Teleskop zum
Hochenergiebeschleuniger – erschließen Objekte von der Größe
einer Galaxie bis zu den elementaren Bausteinen der Materie, den
Quarks. Zwischen diesen beiden Extremen liegen mehr als 10 40
Größenordnungen.
8