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Der Kosmos im Crashtest So haben wir das Higgs gejagt von Butterworth, Jon (eBook)

  • Erscheinungsdatum: 08.09.2015
  • Verlag: Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG
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Der Kosmos im Crashtest

Die Entdeckung des Higgs-Bosons hat rund um die Welt für Schlagzeilen gesorgt. Doch um was genau handelt es sich bei diesem 'Gottesteilchen', und wie hat man nach ihm gefahndet? Jon Butterworth kann diese Fragen aus erster Hand beantworten. Er ist einer der führenden Physiker am CERN und berichtet hautnah über die beeindruckende Technik des Beschleunigers und die Suche nach einer Ordnung im Chaos der Teilchentrümmer. Für den Autor war die Jagd nach dem Higgs das größte Abenteuer seines Lebens. Sein Insiderbericht ist eine rasante Fahrt in die Welt der Naturgesetze bis zur Grenze unseres Wissens.

Produktinformationen

    Format: ePUB
    Kopierschutz: watermark
    Seitenzahl: 368
    Erscheinungsdatum: 08.09.2015
    Sprache: Deutsch
    ISBN: 9783440150399
    Verlag: Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG
    Größe: 3204 kBytes
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Der Kosmos im Crashtest

KAPITEL 2
Der Neustart

Dezember 2009 bis März 2010
Niederenergetische Kollisionen und Elektronenvolts

Offiziell wurde der LHC am 23. November 2009 ein Beschleuniger, als Protonenstrahlen mit 450 Gigaelektronenvolt (GeV) Energie aufeinandertrafen. Das ist keine besonders hohe Energie. Zum Vergleich: Das Tevatron in Chicago wurde bei einer Energie von tausend Gigaelektronenvolt betrieben. Aber es war das erste Mal, dass wir echte Kollisionen in unserem Detektor messen konnten. Der ATLAS-Detektor erfasste erstmals um 14:22 Uhr Teilchen aus einer Kollision. Alle Experimente nahmen an diesem Tag Daten auf. Von nun an war der LHC ein echtes, physikalisches Experiment.

Diese ungewöhnlichen Energieeinheiten (Gigaelektronenvolt, Teraelektronenvolt und Ähnliches) sind Ihnen womöglich nicht sehr vertraut, wenn Sie kein/e Physiker/in sind. Ein Elektronenvolt (eV) hat etwas mit Volt zu tun, der Maßeinheit des elektrischen Potenzials. Eine typische Autobatterie hat ein Potenzial von zwölf Volt. Wenn man ein einziges Elektron durch dieses Potenzial fallen lässt (das heißt, es wird vom negativen Anschluss abgestoßen und vom positiven angezogen, weil Elektronen negative Ladungen haben und sich identische Ladungen abstoßen, gegensätzliche jedoch anziehen), wird es Geschwindigkeit aufnehmen.

Bewegen sich Dinge, haben sie wegen ihrer Geschwindigkeit eine Energie, die wir "kinetische Energie" nennen. Die kinetische Energie, die unser Elektron durch die Spannung des Akkus erreichen wird, beträgt zwölf Elektronenvolt. So ist das Elektronenvolt definiert - durch die kinetische Energie, die ein Elektron aufnimmt, wenn es ein elektrisches Potenzial von einem Volt durchläuft.

Da ein Elektron ein ziemliches winziges Ding mit nur einer winzigen elektrischen Ladung ist, ist ein Elektronenvolt nicht sehr viel Energie. Die Standardeinheit der Energie ist das Joule, das einem Kilogramm mal Meter zum Quadrat pro Sekunde zum Quadrat entspricht (kg m2/s2). Der näherungsweise Ausdruck für die kinetische Energie in Begriffen von Masse und Geschwindigkeit ist m v2. Wenn sich also eine Masse (m) von einem Kilogramm mit der Geschwindigkeit (v) von einem Meter pro Sekunde bewegt, hat sie die kinetische Energie von × 1 × 12 Joule = Joule. Es bedarf vieler Elektronen für ein Kilogramm Masse, weshalb ein Joule 6,24 × 1018 Elektronenvolt entspricht, das heißt also 6,24 Millionen Millionen Millionen Elektronenvolt.19

Das Elektronenvolt ist zweifellos keine sehr praktische Einheit für den Alltag (obwohl Sie bei einer Elektronenvoltdiät sehr schnell an Gewicht verlören und das womöglich sogar dauerhaft). Aber der Gebrauch des Elektronenvolts in Physik und Chemie ist bequem, da wir hier häufig über die Energiemenge reden, die nötig ist, um einzelne Elektronen zu bewegen. An chemischen Bindungen ist oft der Austausch von Elektronen mit Energien von einigen Elektronenvolt beteiligt, es kann aber auch viel mehr sein. Um ein Wassermolekül aufzubrechen, muss man einem Elektron etwa fünf Elektronenvolt Energie mitgeben. Wechseln Elektronen in einem Atom oder Molekül die Energieniveaus, absorbieren oder emittieren sie Photonen, also Lichtquanten. In einer Natriumdampflampe zum Beispiel wechseln die Elektronen zwischen Niveaus, die energetisch etwa zwei Elektronenvolt auseinanderliegen, und geben dabei das markante gelbe Licht der Straßenlampen ab.20 Ein gelbes Photon hat also eine Energie von etwa zwei Elektronenvolt.

Röntgenphotonen haben Energien von einigen tausend Elektronenvolt (Kiloelektronenvolt, keV). Sie können selbst die am stärksten gebundenen Elektronen aus einem Atom herausschlagen. Um den Atomkern selbst aufzubrechen, benötigt man noch mehr Energie - Millionen Elektronenvolt (Megaelektronenvolt, MeV). Dies ist der Energiebereich der Kernphysik.

Ich erwähnte, dass Sie mit dieser Energieeinheit womöglich nicht vertraut sind, weil Sie kein/e Phy

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