Aufbereitung der CERN - Masterclass für die Durchführung an ...

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Im Alltag spielt diese Beziehung keine Rolle, da uns eine Ortsungenauigkeit von
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10 − m nicht
weiter stört, aber im Bereich kleinster Teilchen ist die Auswirkung enorm. Man muss eine
Auflösung kleiner als den Protondurchmesser erreichen, um Quarks im Proton zu
untersuchen. Da
∆ x kleiner sein muss als das zu beobachtende Objekt selbst, muss die
Impulsunschärfe sehr groß sein. Damit diese aber groß sein kann, brauchen die Teilchen zum
Beschießen eine möglichst hohe Energie. Je höher also die Energie, desto besser kann man
kleine Strukturen auflösen.
Dies ist der Grund, warum man von optischen Mikroskopen zu Elektronenmikroskopen
übergegangen ist. Die Photonen des Lichts sind bei hoher Energie nicht mehr bündelbar. Nur
Elektronen können durch elektromagnetische Felder gebündelt werden.
Elektronenmikroskope sind somit in der Lage, viel kleinere Strukturen aufzulösen wobei
elektromagnetische Felder dabei wie eine Linse wirken.
Albert Einstein erkannte den Zusammenhang zwischen Energie und Masse, welchen er in der
wohl berühmtesten Formel der Physik formulierte.
E = m ⋅ c²
Will man also Teilchen mit hoher Masse erzeugen, benötigt man große Energien. Wegen
dieses Zusammenhangs zwischen Energie und Masse geben Teilchenphysiker die Ruhemasse
von Teilchen in der Einheit Elektronvolt an.
m = 511keV
/ c²
Elektron
m Pr
= 938MeV
/ c²
oton
Streuexperimente
Wie bereits im historischen Überblick erwähnt, schloss Rutherford mit Hilfe von
Streuversuchen auf die innere Struktur von Atomen. P. Waloschek erklärt Streuversuche mit
folgender Analogie:
„Also gut. Stell dir vor, du befindest dich im Urwald, und zwar bei dichtem Nebel. Ich erkläre
dir, dass vor uns ein Sack unerreichbar an einem Baum aufgehängt ist. Wie kannst du etwas
über den Sack und seinen Inhalt erfahren?
Da du Ihn nicht sehen kannst, wirst du vielleicht zuerst mit Steinen, die du in der Nähe findest,
in die Richtung werfen, in der du den Sack vermutest. Dein Gehör verrät dir, ob du getroffen
hast, die Zahl der Treffer zeigt außerdem an, wie groß in etwa der Sack ist. Viel weiter
kommst du nicht.
Mit deinem Charme überredest du nun einige Indianer, dir Pfeil und Bogen zu leihen. Nun
geht es etwas genauer, und du kannst hören, wann ein Pfeil den Sack durchschießt. Dies deutet
darauf hin, daß der Sack wohl hauptsächlich mit etwas Weichem, zum Beispiel mit lose
gepackter Watte, gefüllt ist. Seltener hörst du ein Knacken. Dein Pfeil hat wohl im Sack doch
noch etwas Härteres getroffen! Nun weißt du schon, dass neben der Watte auch noch etwas
anderes - allerdings nicht sehr Großes - im Sack sein muß.