Teilchenbeschleuniger

2.3. Ablenkung von elektrisch geladenen Teilchen
Um nun die Teilchen auf der Bahn zu halten, muß man sich starker Magnetfelder
bedienen, die die Teilchen mit Hilfe der Lorenzkraft wieder auf Bahn bringt, oder sie in
gewünschter Weise ablenkt (siehe Abb. 2.2), diese Magnetfelder müssen sehr stark sein,
da die Energie des Teilchens im Beschleuniger bereits sehr groß ist. Um nun so starke
Magnetfelder zu erzeugen, werden Supraleiterspulen eingesetzt, in denen der elektrische
Widerstand durch sehr tiefe Temperaturen ausgeschaltet wurde.
(Abbildung 2.2: Protonen werden durch einen Dipolmagneten abgelenkt) 3
2.4. Erzeugung von „neuen“ Teilchen durch die Einsteinsche Masse-Energie-
Äquivalents
Bei den hohen Energien, die man heutzutage verwendet, treten neue Phänomene auf, die
man ausnutzt. So entstehen nämlich bei bestimmten Energien neue Teilchen, die so in der
freien Natur nicht meßbar vorkommen, die aber benötigt werden, um die Theorien der
Wissenschaftler zu verifizieren. Und so ist es möglich, bestimmte Teilchen zu
beobachten, die in der Natur nur wenige Millisekunden nach dem Urknall frei auftraten.
Diese neuen Teilchen können „aus dem Nichts heraus entstehen“, weil Einstein 1905 4
festgestellt hat, daß Energie und Masse zwei Erscheinungsformen der gleichen Ursache
sind, und somit ineinander unwandelbar sind, und dies sagt die unscheinbare Formel
E=mc 2 aus. Aus diesen Erkenntnissen heraus hat man auch eine neue Einheit eingeführt,
das Elektronenvolt eV, das ist die Energie die ein Elektron hat, wenn es auf einer Strecke
von einem Meter mit der Spannung von einem Volt beschleunigt wurde. Und nun, da die
Massen in der Teilchenphysik so winzig sind, daß sie schwerlich in Gramm anzugeben
sind, wurden auch die Massen der entdeckten Teilchen in Elektronenvolt angegeben, so
besitzt das Proton zum Beispiel eine Masse von rund einem Gigaelektronenvolt (10 9 eV),
daß scheint viel, aber es sind Umgerechnet nur 1,78*10 -27 kg! Um nun ein Proton zu
erzeugen, muß man nur diese Energie auf einen Punkt von der Größe eines Protons
konzentrieren. Dies gelingt aber nur wenn man z.B. zwei Elektronen so beschleunigt,
daß die Gesamtenergie 10 9 eV beträgt, und sie frontal zusammenstoßen läßt, denn wenn
man die Elektronen auf ein Target auftreffen lassen würde, würde sich die Energie der
Elektronen im Target „verlaufen“, und für das Experiment verloren. Dabei kommt zur
kinetischen Energie der Teilchen auch noch die „Masse-Energie“ der Teilchen hinzu, im
Fall vom Elektronen 0,5MeV zusätzlich. Will man noch höhere Energien, so nimmt man
schwerere Teilchen, wie etwa Protonen mit 1GeV.
2.5. Relativistische Effekte bei großen Teilchengeschwindigkeiten
3 Lucha, S. 83
4 Nach Bültel, 1999
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