Als die Teilchen laufen lernten - Pedro Waloschek Homepage

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Kasten 2
Zyklotrons und Synchrozyklotrons
Zyklotrons wurden die Arbeitswerkzeuge für die Kernphysik. Sehr
viele davon wurden auf der ganzen Welt gebaut. Man kann damit
Atomkerne zertrümmern, genau wie es Wideröe in seiner Jugendzeit
geträumt hatte. Aber man kann damit auch neue Isotope in
brauchbaren Mengen erzeugen und viele grundlegende Forschungsarbeiten
durchführen. Die Energie der beschleunigten Protonen (für
Elektronen sind Zyklotrons nicht gut geeignet) erreichte leicht 40
MeV, und man konnte damit auch schwerere Atomkerne beschleunigen.
Besonders wichtig war die hohe Teilchenzahl, die mit
Zyklotrons beschleunigt werden konnte.
Als man dann versuchte, mit Zyklotrons höhere Energien zu
erreichen, ergaben sich Schwierigkeiten, weil die Gleichungen der
klassischen Mechanik nicht mehr gültig sind: Man muß schon die
genaueren Formeln der speziellen relativistischen Mechanik von
Einstein heranziehen. Und dann funktioniert die ursprüngliche Idee
von Lawrence mit der konstanten Frequenz nicht mehr. Bei den
größeren Radien der Teilchenbahnen muß die Frequenz verändert
werden, sie muß der relativistischen Geschwindigkeit der Teilchen
angepaßt werden. Dies ist im Prinzip möglich, aber dann stimmt die
Frequenz für die Teilchen im inneren Bereich nicht mehr. Man kann
also nur »schubweise« relativ kleine Pakete von Teilchen beschleunigen
und muß dabei die Frequenz genau anpassen; die Zahl der
insgesamt so beschleunigten Teilchen wird um etwa einen Faktor
Hundert reduziert. Aber das wurde in Kauf genommen, um höhere
Energien zu erreichen. Es wurden später solche Beschleuniger
gebaut, sogenannte »Synchrozyklotrons«, für Energien von mehreren
hundert MeV.
Das Synchrozyklotron in Dubna (frühere UdSSR) zum Beispiel,
das 1954 in Betrieb genommen wurde, erreichte eine Energie von
680 MeV und hatte einen riesigen Magneten, der 7 200 Tonnen
wog. Aber es gab auch viele nicht ganz so große Synchrozyklotrons,
an denen wichtige Forschungsarbeiten durchgeführt wurden. Künstlich
erzeugte Mesonen konnten systematisch untersucht werden,
womit der Bereich der Kernphysik schon verlassen war und es sich
um den nächsten Schritt handelte, nämlich um die Teilchenphysik.
Das Synchrozyklotron (»SC«) des CERN in Genf hat von 1958 an
funktioniert, und mehreren Generationen von Teilchen- und
Kernphysikern gedient.