Proton

Die bedeutendsten Entdeckungen am CERN

Do, 18.01.2018 - 11:57 — Claudia-Elisabeth Wulz

Claudia-Elisabeth WulzIcon PhysikDer Aufbau der Materie aus Elementarteilchen und die Kräfte, die zwischen diesen wirken, werden im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik zusammengefasst. Wissenschafter am Forschungszentrum für Teilchenphysik CERN (der Europäischen Organisation für Kernforschung) haben hierzu fundamentale Erkenntnisse beigetragen. Mit Hilfe der weltstärksten Teilchenbeschleuniger und -Detektoren testen sie die Gültigkeit der Voraussagen des Standardmodells und dessen Grenzen. Die Teilchenphysikerin Claudia-Elisabeth Wulz (Institut für Hochenergiephysik der OEAW- HEPHY), seit knapp 25 Jahren Leiterin der österreichischen Gruppe des CMS-Experiments - CMS-Trigger - am Large Hadron Collider des CERN, gibt hier einen kurzen Überblick über die bedeutendsten Entdeckungen am CERN.*

Der Dunklen Materie auf der Spur

Fr, 17.06.2016 - 12:58 — Josef Pradler

Josef PradlerIcon PhysikZu den prioritären Zielsetzungen der modernen Teilchenphysik zählt die Entschlüsselung der sogenannten Dunklen Materie, welche die dominierende Form der Materie im Universum darstellt. Bis jetzt konnte Dunkle Materie noch nicht direkt detektiert werden, ihre mikrophysikalischen Eigenschaften sind weitgehend unbekannt. Der Teilchenphysiker Josef Pradler (Juniorforschungsgruppenleiter am Institut für Hochenergiephysik - HEPHY - der ÖAW) entwickelt Modelle zur Dunklen Materie und überprüft diese auf ihre Konsistenz mit experimentellen Daten, die mittels hochsensitiver Detektoren und auch mittels hochenergetischer Kollisionen von Protonen (am Large Hadron Collider des CERN) erhalten werden.*

Von Elementarteilchen zu geordneten Strukturen

Fr, 03.06.2016 - 17:42 — Redaktion

RedaktionIcon Physik
Themenschwerpunkt: Aufbau der Materie

Woher stammt die Materie auf unserer Erde, was ist Materie überhaupt, woraus besteht sie und durch welche Kräfte wird sie zusammengehalten?

CERN: Ein Beschleunigerzentrum — Experimente, Ergebnisse und wozu braucht man das?

Icon PhysikDas bei Genf angesiedelte CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) hat mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger bereits fundamentale Erkenntnisse über den Aufbau der Materie aus Elementarteilchen und die Wechselwirkung zwischen diesen erzielt. Im vorangegangenen Artikel (1) hat der Autor erklärt, warum man dafür Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeit und zur Kollision bringen muß. Daneben sind am CERN als Nebenprodukte u.a. auch das World Wide Web enstanden - um Wissenschaftlern die Kommunikation zu erleichtern -, ebenso wie innovative Technologien der Strahlentherapie .

Manfred JeitlerIm vorangegangen Artikel (1) hatten wir über die Bestandteile der Materie - die „Teilchen“ -, gesprochen. Diese Bestandteile der Atome sind teilweise „Elementarteilchen“ (wie zum Beispiel das Elektron): elementar in dem Sinne, dass sie keine innere Struktur aufweisen. Andere, wie zum Beispiel das Neutron, bestehen wiederum aus noch kleineren Teilchen, den so genannten „Quarks“, können also eigentlich nicht als „Elementarteilchen“ bezeichnet werden.

Autodrom: alle fahren gleich schnell!

Da die uns interessierenden Teilchen sehr klein und leicht sind, haben sie bei den für uns wichtigen Energien im Allgemeinen eine sehr hohe Geschwindigkeit. Es gibt aber eine absolute Geschwindigkeitsbeschränkung, an die sich die Teilchen halten müssen: die Lichtgeschwindigkeit (d.i. die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum). Für Überschreitung der Lichtgeschwindigkeit hat noch kein Teilchen je ein Strafmandat gekriegt! (Vor einiger Zeit hat man geglaubt, ein paar Neutrinos auf frischer Tat ertappt zu haben. Obwohl das in Italien war, hat sich dann aber herausgestellt, dass die Neutrinos sich ganz brav an die Lichtgeschwindigkeitsbeschränkung gehalten haben und die „Radarfalle“ der Physiker einen Messfehler hatte.)

CERN: Ein Beschleunigerzentrum — Wozu beschleunigen?

Icon PhysikDas bei Genf angesiedelte CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) erzielt mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger fundamentale Erkenntnisse über den Aufbau der Materie aus Elementarteilchen und die Wechselwirkung zwischen diesen. Im diesem Artikel erklärt der Autor warum man dafür Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeit und zur Kollision bringen muß. Ein in Kürze folgender Artikel wird sich mit den Experimenten am CERN und deren Ergebnissen beschäftigen.

Manfred JeitlerWarum denn so eilig?

Das europäische Teilchenphysikzentrum CERN ist eine Beschleunigeranlage. „Beschleunigen“ heißt in unserem Sprachgebrauch so viel wie „schneller machen“. Dass heute alles recht schnell gehen soll, wissen wir ja zur Genüge. Wir reisen mit Autos und Flugzeugen, um recht schnell woanders zu sein, von wo wir dann umso rascher wieder abreisen können. Und jetzt verfallen die Physiker auch diesem Schnelligkeitswahn und bauen sogar ein eigenes Zentrum, um alles noch schneller zu machen! Geht es nicht auch ein bisschen langsamer? So etwas denken Sie sich vielleicht jetzt.

Alice im Wunderland – HaseAlice im Wunderland - das weiße Kaninchen: “Oh dear! Oh dear! I shall be too late!" (Lewis Caroll; free clipart, http://www.disneyclips.com/linktous.html)

Die Antwort kommt vielleicht etwas überraschend: nein, langsamer geht es zwar nicht, aber eigentlich kommt es den Physikern überhaupt nicht auf die Schnelligkeit an. Was die Beschleuniger für uns tun, ist, den Teilchen höhere Energien zu verleihen. (Um welche Teilchen es sich hier eigentlich handelt, werden wir weiter unten besprechen.) Bei höheren Geschwindigkeiten hat das bewegte Objekt eine höhere Energie, das wissen wir alle. Im normalen Leben ist das eher eine unangenehme Nebenerscheinung: wenn man mit dem Auto schnell unterwegs ist, will man nur recht rasch von A nach B kommen; dass die in der Geschwindigkeit des Autos steckende Energie beim ungewollten Zusammenstoß mit einem Baum oder anderen Fahrzeug dann dazu verbraucht wird, um das Auto und seine Insassen zu deformieren, ist ein zwar bekannter, aber durchaus unerwünschter Nebeneffekt. Für den Teilchenphysiker sieht das ganz anders aus. Dass die Teilchen so rasch umherfliegen, macht ihre Beobachtung etwas schwieriger. Sie zu untersuchen, geht aber nur, indem man sie mit großer Energie gegeneinander schießt (Abbildung 1).

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