BeLL Katrin Kröger endgültig - Desy

Die wichtigsten Experimenttypen sind „Target“ und „Collider“.
Rutherford hat ein typisches Target-Experiment durchgeführt. Seine Geschosse trafen auf ein
ruhendes Ziel, das Target.
Mittlerweile hat sich in den meisten Fällen das Collider-Experiment durchgesetzt, da dadurch die
Energieausbeute besser ist: Das Geschoss und das Target bewegen sich aufeinander zu.
Vergleichbar ist dieser Vorgang mit einem Autozusammenprall 9 . Fährt ein Auto mit voller Wucht
gegen ein ruhendes, so wird dessen Bewegungsenergie zum Teil in die Weiterbewegung der beiden
Autos übertragen und nicht vollständig in die Zerstörung umgesetzt, was bei einem frontalen
Zusammenstoß zweier aufeinander zufahrender Autos hingegen gegeben ist.
Bei Target-Experimenten bewegt sich das gesamte System nach dem Stoß weiter, bei Collider-
Experimenten geht die Energie (fast) vollständig in die eigentliche Kollision hinein.
Je nach Energieaufwand werden entweder nur die Strukturen abgetastet oder die beteiligten
Teilchen werden zerstört, bei letzterem geht ihre Ruhemasse und ihre Bewegungsenergie in die
Erzeugung von neuen Teilchen über. Werden neue instabile Teilchen erzeugt, so werden diese auf
ihre Eigenschaften (z.B Masse und Ladung) untersucht. Die Rekonstruktion dieses Vorganges erlaubt
Aussagen darüber, was genau im Kollisionszentrum passiert ist. Daraus lassen sich
Schlussfolgerungen über z. B. Unterstruktur oder Eigenschaften der kollidierten Teilchen ableiten.
„Mit der Weiterentwicklung der Teilchenbeschleuniger wurden die "Geschosse" […] [energiereicher]
und die Zusammenstöße heftiger. Mit steigender Teilchenenergie sondierten die Streuexperimente
immer kleinere Abstände, sie offenbarten immer feinere Details. 1954 wurde deutlich, dass die
Protonen keinesfalls "Punkte" sind, sondern einen messbaren Durchmesser besitzen; Ende der
1960er Jahre entdeckte man am Beschleunigerzentrum SLAC in Kalifornien die Bausteine der
Protonen und Neutronen, die Quarks. Die Experimente H1 und ZEUS an der Speicherringanlage HERA
[siehe Unterpunkt „DESY“] schreiben die Erfolgsgeschichte der Streuversuche fort. Auch hier prallen
Elektronen auf Protonen, und der Winkel und die Energie der gestreuten Elektronen geben
Aufschluss über die Vorgänge im Proton. Da die Protonen bei den HERA-Experimenten nicht ruhen,
sondern ebenfalls auf hohe Energien beschleunigt werden, ist die Energie, die den Elektronen
während der Kollision zur Verfügung steht, etwa 2600-mal größer als bei dem SLAC-Experiment von
1969 - und 9 000 000-mal höher als die der Alphateilchen von Rutherford. Damit ermöglicht HERA
heute den weltweit schärfsten Blick ins Proton - bis hinunter zu Strukturen, die nur den milliardsten
Teil eines milliardstel Meters groß sind, d.h. 2000-mal kleiner als das Proton selbst.“ 10 Die so zu
untersuchenden Strukturen liegen im Bereich 10 -18 m.
Die gewählte Veranschaulichung der Streuexperimente hat eine Analogie zur tatsächlichen Art der
Erkenntnisgewinnung der Teilchenphysiker: Das Zusammentreffen des jeweilige Geschosses mit dem
Sack ist das, was in den Teilchenbeschleunigern vorbereitet und in der Mitte des Detektors
durchgeführt wird. Die Messung der Kollision nimmt der Detektor vor, er detektiert (=weist nach) die
meisten Teilchen, die in der Kollision gestreut oder auch neu erzeugt werden. Schlussfolgerungen
daraus müssen von den Physikern selbst gezogen werden, normalerweise mithilfe von
Computerprogrammen. Die Analogie: Im Beispiel hat der Geschmackssinn den Geschmack der Nuss
nachgewiesen. Unser Verstand folgert daraus die Existenz von Nüssen.
9 Das hier vorgestellte Modell stammt aus Waloschek (1996): Besuch im Teilchenzoo, S. 88
10 zitiert nach Deutsches Elektronen-Synchrotron: Das Supermikroskop HERA, S.53
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