FAQ über Teilchenphysik ...

    • FAQ über Teilchenphysik ...

      Hallo zusammen,
      Ich bin gerade dabei, eine Art FAQ über Teilchenphysik zusammenzustellen. Ich habe mal ein paar Fragen gesammelt, die im Gespräch mit Schülern, Kollegen und Bekannten aufgekommen sind... (Fragen, die schon unter kworkquark.desy.de/fragenundantworten/index/1/index.html oder weltmaschine.de/news/ask_an_expert/ stehen, habe ich jetzt nicht nochmal aufgeführt.)

      Vielleicht fallen euch noch interessante Fragen ein?
      Zu den ersten vier Fragen könnte ich auch etwas fachliche Hilfe gebrauchen - vielleicht fühlt sich ja jemand spontan kompetent :)

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      1. Wieso werden die Leute, die am CERN arbeiten, nicht verstrahlt?

      2. Bei der Kollision zweier Protonen-Strahlen wird es in einem sehr kleinen Volumen eine Milliarde mal heißer als im Inneren der Sonne. Was passiert also, wenn der Protonenstrahl mal in die Beschleunigerwand knallt – kann da nicht der Beschleuniger schmelzen?

      3. Im LHC werden Protonen bis zu Energien in der Größenordnung von TeV beschleunigt, was ungefähr der Energie einer fliegenden Mücke entspricht. Wie kommt dann der Vergleich mit 240 kollidierenden Elefanten zustande?

      4. Angenommen das Higgs-Teilchen existiert: Woher weiß es, wieviel Masse es welchem Elementarteilchen „verleihen“ soll?


      5. Entstehen im CERN nicht schwarze Löcher? Sind die gefährlich?
      (Hier gibt es eine Zusammenfassung vom CERN zum Thema: project-physicsteaching.web.ce…hueren/lhc-sicherheit.pdf )
      6. Gibt es wirklich Antimaterie? Könnte man daraus Waffen bauen?
      7. Wie schnell bewegen sich Quarks in Protonen und Neutronen?
      8. Warum ist der Betrag der Ladung von Elektron und Proton gleich?

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      ...usw...?

      Viele Grüße,
      Manuela
    • Versuch einiger Antworten...

      Hallo,

      die Fragen gehen zwar stark in Richtung experimentelle Physik, und ich bin eigentlich Theoretiker, aber ich versuch's trotzdem mal. Das kursiv gedruckte sind Anmerkungen von mir, den Rest kann man schon mal als ersten Entwurf zu einer Antwort im FAQ betrachten...

      1. Die Protonen bewegen sich ja in den Strahlrohren und kommen da erst einmal nicht heraus - da kann also schon einmal keine Strahlung frei werden. Erst in den Detektoren entsteht Strahlung, die sich in alle Richtungen nach außen ausbreitet. Der größte Teil dieser Strahlung wird aber bereits in den Detektoren selbst wieder absorbiert; nach außen gelangt nur ein kleiner Bruchteil.

      (Soweit das, was ich relativ sicher weiss; jetzt kommt der unsichere Teil: ist es nicht sogar so, dass während der Kollisionen die unterirdischen Experimentierhallen komplett gesperrt sind und da sich gar keiner aufhalten darf? Wenn ja, hat sich das mit der Verstrahlungsgefahr sowieso erledigt - die Experimente stehen ja alle mindestens 50 m unter der Erde, da kommt wohl praktisch nichts nach oben durch...)


      2. Wenn der Strahl die Wand des Rohrs treffen würde, dann würde die wohl tatsächlich schmelzen. (das ist wohl einer der Gründe, warum sich während des Betriebs niemand in den Tunneln aufhalten darf (dass das stimmt, bin ich mir relativ sicher)). Allerdings würde der Beschleuniger dann natürlich sofort automatisch abgeschaltet werden, und der Strahl würde in der Tunnelwand auch nicht weit kommen (circa 5 m, würde ich abschätzen - da findet man beim LHC zum Thema "beam dump" wahrscheinlich was, muss ich mal nachschauen)). Da sich der Beschleuniger mindestens 50 m unter der Erdoberfläche befindet, besteht dadurch also keine Gefahr für irgend jemand.

      3. Den Vergleich mit den Elefanten kenne ich zwar nicht, ich vermute aber, da ist eben nicht die Energie eines einzelnen Protons gemeint, sondern die Gesamtenergie eines kompletten Protonenpakete, das ja jeweils aus mehreren Milliarden Protonen besteht.


      4. Diese Frage kann bisher keiner beantworten. In der Sprache der Teilchenphysiker sagt man, das Higgs-Teilchen "koppelt" verschieden stark an verschiedene Teilchensorten; anschaulich gesagt: mit manchen Teilchen stößt es öfter zusammen als mit anderen. Warum aber verschiedene Teilchensorten verschiedene "Kopplungsstärken" haben, weiss man nicht. Das Ziel der Teilchenphysiker ist eine "Große Vereinheitlichte Theorie" ("Grand Unified Theory", GUT) aller Naturkräfte (wenn man die Schwerkraft auch mit dazu nimmt, dann spricht man auch von der "Theory of Everything", ToE); wenn man die mal gefunden hat, dann kann man daraus diese Kopplungsstärken hoffentlich berechnen und damit die Frage beantworten. Aber leider haben wir diese Theorie noch nicht, und es ist noch nicht einmal sicher, ob es so eine Theorie überhaupt gibt...

      7. Sehr, sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit. Wie genau soll die Antwort sein...? ;)

      Gruß,
      Björn
    • Korrektur zur Antwort auf Frage 1

      Oben hatte ich geschrieben: "Die Protonen bewegen sich ja in den Strahlrohren und kommen da erst
      einmal nicht heraus - da kann also schon einmal keine Strahlung frei
      werden."

      Dass ist so natürlich absoluter Blödsinn - selbstverständlich wird da Strahlung frei! Wenn die Protonen sich im Ring bewegen, entsteht natürlich Synchrotronstrahlung! Total vergessen... :S
      Und diese Strahlung ist sicher auch so stark, dass sie von den relativ dünnen Wänden des Strahlrohrs nicht absorbiert wird - das heißt, solange Protonen in den Röhren umlaufen, würde man im Tunnel in der Tat "verstrahlt" werden... (halt Schädigungen durch Gamma-Strahlung - um da genauere Aussagen zu treffen, bräuchte man erst mal genauere Angaben zu Material und Dicke der Strahlrohre, und dann müsste ich meinen Unterlagen zum Strahlenschutz raussuchen, um sagen zu können, welche Schädigungen das genau hervor ruft).

      Allerdings gilt natürlich immer noch, was ich oben schon geschrieben hatte: der Aufenthalt im Tunnel ist während der Betriebszeit natürlich verboten - und da der Tunnel mindestens 50 m unter der Erde liegt, gelangt von dieser Strahlung sicher nichts an die Erdoberfläche. Also besteht auch da keinerlei Gefahr für die Physiker...