BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

Wozu wird die Energie der Teilchen erhöht?
Eine Erhöhung der Energie bringt eine Erhöhung
der Frequenz (und somit eine Verkleinerung der
Wellenlänge) des Teilchens, was dem Prinzip der
Streuexperimente dienlich ist (siehe Abb. 6 5 ).
Sind die Energien der Teilchen niedrig genug,
sodass keine Zerstörung der Teilchen erfolgt,
funktionieren die Teilchen wie ein Lichtstrahl, der
das zu untersuchende Teilchen „durchleuchtet“.
Dabei werden sie gestreut, und dieses
Streuungsbild wird nachher von den Detektoren
aufgezeichnet und anschließend mithilfe von
Computern analysiert. Werden höhere Energien
verwendet, werden die kollidierten Teilchen
zerstört und ihre Energie wird in Masse
umgewandelt. Dies ist möglich durch die
Äquivalenz von Energie und Masse,
von Einstein formuliert in
Darüber hinaus erfolgt teilchenphysikalische
Forschung mit Experimenten mit der kosmischen
Strahlung (siehe Unterpunkt „Kosmische
Strahlung“) und in geringem Maße mit der Untersuchung von seltenen Zerfällen.
Anmerkung: Quantenmechanische Grundlagen
Abb. 6: „Energiereiche Teilchen sehen mehr.
Oben: Überträgt das ausgetauschte Lichtteilchen (Photon)
zwischen den Stoßpartnern nur wenig Impuls (Q 2 klein), dann
besitzt es eine große Wellenlänge. Ist diese größer als die
Ausdehnung des Protons, so "sieht" das Photon das Proton nur
als einen Punkt: Das von den Physikern gemessene Streubild
entspricht dem Zusammenstoß von zwei punktförmigen
Teilchen.
Mitte: Der Zusammenstoß zwischen Elektron und Proton wird
2
E = m ⋅ c mit (m: Masse, c: Lichtgeschwindigkeit). heftiger, die Auflösung Q
Eine hohe Bewegungsenergie beim
Zusammenstoß führt zur Erzeugung von
schwereren Teilchen. Die so neu erzeugten
Teilchen werden ebenfalls im Detektor
nachgewiesen.
2 größer. Dementsprechend wird die
Wellenlänge des Photons kleiner, bis sie dem Durchmesser des
Protons entspricht. Für das Photon nimmt das Proton nun
Konturen an, es "sieht" das Proton als ein ausgedehntes Objekt.
Eventuelle Strukturen innerhalb des Protons lassen sich mit
diesem Photon allerdings noch nicht ausmachen.
Unten: Bei Zusammenstößen mit höchster Energie ist die
Wellenlänge des Photons so klein, dass das Proton als Ganzes
irrelevant wird. Das Photon dringt in das Proton ein und macht
dort die winzigen Unterstrukturen sichtbar - die Quarks. Das
gemessene Streubild entspricht - so weit HERA blicken kann -
wieder dem Zusammenstoß von punktförmigen Teilchen.“
Teilchenphysik spielt sich in den Dimensionen der Quantenwelt ab. Im Mikrokosmos herrschen
Gesetze, die anders sind als in der „normalen“ Welt und teilweise unserem Alltagsverständnis
entgegenlaufen.
Die Beschäftigung mit dieser Thematik erfordert das Überwinden von gewohnten Denkmustern und
Offenheit für die Vorgänge der Quantenwelt. Das Loslösen von Begriffen wie „logisch“ und
„unlogisch“ ist erforderlich.
Welle-Teilchen-Dualismus: „die für die moderne Physik grundlegende Tatsache, dass in der
mikroskopischen Welt jedes Objekt sowohl Eigenschaften einer Welle als auch solche von Teilchen
aufweist. […] In einer pragmatischen Sichtweise beschreibt man mikrophysikalische Objekte je
nachdem, welche Eigenschaften in einem speziellen Experiment zutage treten bzw. interessieren, im
Wellenbild oder im Teilchenbild: Licht als elektromagnetische Welle oder als Photon (Ruhemasse
null), Elektronen als Punktladung oder als De-Broglie- oder Materiewelle. Man muss dabei aber
5 Bildunterschrift zitiert nach Deutsches Elektronen-Synchrotron: Das Supermikroskop HERA, S.60
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