Warum muss der LHC gleich 27 km lang sein? Geht es nicht auch kleiner?

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    • Warum muss der LHC gleich 27 km lang sein? Geht es nicht auch kleiner?

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      "Verständlich" heißt z.B.:
      - Einfacher Satzbau; Fremdwörter vermeiden oder gut erklären; Beispiele und Vergleiche einbauen.

      Mittelfristig soll die Antwortsammlung (nach Fakten- und Verständlichkeits-Checks) dann auf die Teilchenwelt-Homepage kommen.

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    • Für die Experimente am LHC benötigt man Protonen mit sehr hohen Energien. Man kann dies auf zwei Arten erreichen:

      1. Man beschleunigt die Protonen auf gerader Strecke. Dazu müsste man aber ein Tunnel bauen, der deutlich länger als 30km wäre.

      2. Man beschleunigt die Teilchen in einem Ring wie am LHC. Dabei bekommen die Protonen bei jedem Umlauf immer mehr Energie.

      Der Nachteil der zweiten Methode ist, dass Protonen aufgrund ihrer elektrischen Ladung Energie verlieren, wenn sie sich auf einer Kreisbahn bewegen. Je kleiner die Kreisbahn, desto mehr Energie verlieren sie pro Umlauf.

      Deshalb muss der LHC so groß sein, denn mit einem kleineren Ring würden die Protonen mehr Energie verlieren, so dass man die Protonen nicht auf die gewünschten hohen Energien beschleunigen könnte.
    • Oh wow, das ging ja schnell :)
      Also, dann versetze ich mich jetzt mal im Geiste in einen neugierigen, aber ahnungslosen Leser :?: ;) :

      "Für die Experimente am LHC benötigt man Protonen mit sehr hohen Energien."

      Was heißt "mit sehr hohen Energien?" So hoch wie bei ner Atombombe? ;) ... Ein Vergleich wäre toll, oder die Geschwindigkeit mit der sie fliegen...

      "1. Man beschleunigt die Protonen auf gerader Strecke. Dazu müsste man aber ein Tunnel bauen, der deutlich länger als 30km wäre."

      Wieso müsste der Tunnel so lang sein? Wieviel Energie kriegen die Protonen denn "pro Strecke" dazu?


      "2. ...Der Nachteil der zweiten Methode ist, dass Protonen aufgrund ihrer elektrischen Ladung Energie verlieren, wenn sie sich auf einer Kreisbahn bewegen. "

      Hm, hier wird vorausgesetzt, dass der Leser schon weiß, dass elektrisch geladene Teilchen auf Kreisbahnen Energie verlieren... soo verbreitet ist das glaub ich nicht. Das könnte man evtl kurz erklären, vielleicht mit einem Vergleich... Autos mit quietschenden Reifen in der Kurve? Nur so ne Idee...

      Viele Grüße, Manuela

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    • Next try ;) :

      "Für die Experimente am LHC benötigt man Protonen mit sehr hohen Energien: In einem Protonenstrahl, der den Ring umläuft, ist in etwa die gleiche Energie gespeichert, die frei würde, wenn 200 Autos mit je 230 km/h gegen die Wand fahren würden!

      Man kann dies auf zwei Arten erreichen:

      1. Man beschleunigt die Protonen auf gerader Strecke. Aber es ist wie bei einem Auto: je schneller ich fahren will, desto länger ist die Strecke, auf der ich beschleunigen muss. Um mit den Beschleunigern des LHC die Protonen auf gerader Strecke auf die gewünschte Energie zu bekommen, müsste solch ein Tunnel in etwa 1400 km lang sein.

      2. Man beschleunigt die Teilchen in einem Ring wie am LHC. Dabei bekommen die Protonen bei jedem Umlauf immer mehr Energie. Ich brauche also keine so lange Strecke, weil die Protonen den Ring mehrere Male durchlaufen.

      Der Nachteil der zweiten Methode ist, dass elektrisch geladene Teilchen wie Protonen Energie verlieren, wenn sie sich auf einer Kreisbahn bewegen. Je kleiner die Kreisbahn, desto mehr Energie verlieren sie pro Umlauf.

      Man denke hierbei an ein Auto, welches in eine Kurve fährt. Da die Reibung der Reifen auf dem Untergrund in einer Kurve stärker wird, erwärmen sich die Reifen. Und: je schneller das Auto, desto wärmer werden die Reifen, wenn man in die Kurve fährt. Und auch je enger die Kurve, desto wärmer die Reifen.

      Deshalb muss der LHC so groß sein, denn mit einem kleineren Ring würden die Protonen mehr Energie verlieren, so dass man die Protonen nicht auf die gewünschten hohen Energien beschleunigen könnte."

      Wie wäre das?
    • Hallo,

      noch eine kleine Ergänzung zum Energieverlust auf einer Kreisbahn. Physiker reden dabei gerne von Synchrotronstrahlung. Wenn man sich einmal ansieht wieviel Energie hier bei einem Umlauf verloren geht, sieht man das diese verlorene Energie mit [tex]m^{-4}[/tex] geht, d.h. umso größer die Masse meines Teilchens umso weniger Energie geht verloren.
      Was für die Größe des Beschleunigerrings auch noch wichtig ist das ich die Protonen auf eine Kreisbahn zwingen möchte. Hierfür verwendet man starke Magnete. Allerdings müssen die Magnete umso stärker sein umso kleiner der Ring sein soll den die Protonen fliegen. Somit setzt auch die Stärke der Magnete eine Untergrenze für die Größe des LHC.
      Zum Schluß noch eine praktische Überlegung: Der Tunnel in dem der LHC-Beschleuniger gebaut wurde existierte bereits, und zwar vom LEP-Beschleuniger. Somit war es auch einfach günstiger den alten Tunnel zu verwenden anstatt einen neuen zu bauen. Warum LEP nun so groß sein musste liegt wieder an der Synchrotronstrahlung: Bei LEP wurden Elektronen und Positronen beschleunigt, d.h. viel leichtere Teilchen und somit war auch die Synchrotronstrahlung hier viel höher und man hätte bei einem kleineren Ring die angestrebten Energien nicht erreicht.
    • Hallo!
      ...dann setzen wir das doch mal zusammen:

      "Für die Experimente am LHC benötigt man Protonen mit sehr hohen Energien: In einem Protonenstrahl, der im Ring umläuft,
      ist in etwa die gleiche Energie gespeichert, die frei würde, wenn 200 Autos mit je 230 km/h gegen die Wand fahren würden!

      Man kann dies auf zwei Arten erreichen:

      1. Man beschleunigt die Protonen auf gerader Strecke. Aber es ist wie bei einem Auto: je schneller ich fahren will, desto länger ist die Strecke,
      auf der ich beschleunigen muss. Um mit den Beschleunigern des LHC die Protonen auf gerader Strecke auf die gewünschte Energie zu bekommen,
      müsste solch ein Tunnel in etwa 1400 km lang sein.

      2. Man beschleunigt die Teilchen in einem Ring wie am LHC. Dabei bekommen die Protonen bei jedem Umlauf immer mehr Energie.
      Ich brauche also keine so lange Strecke, weil die Protonen den Ring mehrere Male durchlaufen.

      Um die Protonen auf die Kreisbahn zu lenken, verwendet man sehr starke Magnete.
      Mit einer Feldstärke von rund 9 Tesla sind sie die stärksten Beschleunigermagnete, die je gebaut wurden
      (Link).
      Wenn man den LHC-Ring kleiner bauen wollte, bräuchte man noch viel stärkere Magnete!


      Außerdem verlieren elektrisch geladene Teilchen wie Protonen Energie,
      wenn sie sich auf einer Kreisbahn bewegen. Je kleiner die Kreisbahn und je schneller die Teilchen,
      desto mehr Energie verlieren sie pro Umlauf. Sie geben die Energie als so genannte Synchrotronstrahlung
      (Link) ab.

      (Man kann das mit einem Auto vergleichen, welches in eine Kurve fährt. Wenn die Reibung der Reifen auf der Straße
      in einer Kurve sehr stark wird, erwärmen sich die Reifen. Je schneller das Auto und je enger die Kurve ist, desto wärmer werden die Reifen.)

      (Hm, hat schon mal jemand ein Thermometer an einen Reifen gehalten? Und es könnte auch unklar sein, was die Erwärmung mit
      Energieverlust zu tun hat. :S
      Außerdem passt der Vergleich anscheinend nicht 100%, denn Teilchen verlieren mit steigender Masse weniger Energie,
      aber ein Auto wird bei steigender Masse eher aus der Kurve fliegen oder mit den Reifen quietschen.
      Vielleicht könnte man den Vergleich besser weglassen - mal überlegen.)

      Wäre der LHC-Ring nun kleiner, so würden die Protonen mehr Energie verlieren,
      so dass man die Protonen nicht auf die gewünschten hohen Energien beschleunigen könnte.

      Es gibt noch einen ganz praktischen Grund für die Größe des LHC: Der Tunnel, in dem der LHC-Beschleuniger gebaut wurde,
      existierte bereits. Bis zum Jahr 2000 befand sich darin der LEP-Beschleuniger.
      Obwohl der LHC-Ring im Prinzip etwas kleiner sein könnte als der LEP
      (Stimmt das? Wie viel kleiner könnte er denn sein?),
      war es einfach günstiger, den alten Tunnel zu verwenden, anstatt einen neuen zu bauen."
    • ..."ein Auto wird bei steigender Masse eher aus der Kurve fliegen oder mit den Reifen quietschen"

      *ähem* ...das war natürlich Quatsch! Es hängt ja gar nicht von der Masse ab, wann ein Auto aus der Kurve fliegt...eher von der Lage des Schwerpunkts. Naja jedenfalls hinkt der Vergleich mit der Fliehkraft wohl doch ein bissel - lassen wir das mal lieber weg, oder? *g*

      ...dann sähe der Text (mit ein paar Korrekturen und Links) so aus:

      Für die Experimente am LHC benötigt man Protonen mit sehr hohen Energien: In einem Protonenstrahl, der im Beschleunigerring umläuft, ist in etwa die gleiche Energie gespeichert, die frei würde, wenn 200 Autos mit je 230 km/h gegen die Wand fahren würden!
      Man kann dies auf zwei Arten erreichen:

      1. Man beschleunigt die Protonen auf gerader Strecke. Aber es ist wie bei einem Auto: je schneller man fahren will, desto länger ist die Strecke, auf der man beschleunigen muss. Um mit den Beschleunigern des LHC die Protonen auf gerader Strecke auf die gewünschte Energie zu bekommen, müsste solch ein Tunnel etwa 1400 km lang sein!

      2. Man beschleunigt die Teilchen in einem Ring wie am LHC. Dabei bekommen die Protonen bei jedem Umlauf immer mehr Energie. Dann braucht man keine so lange Strecke, weil die Protonen den Ring viele Male durchlaufen. Um die Protonen auf die Kreisbahn zu lenken, verwendet man sehr starke Magnete.

      Mit einem Magnetfeld (genauer: magnetische Flussdichte) von bis zu 8,4 Tesla sind sie die stärksten Beschleunigermagnete, die je gebaut wurden. Wenn man den LHC-Ring kleiner bauen wollte, bräuchte man noch stärkere Magnete!Außerdem verlieren elektrisch geladene Teilchen wie Protonen Energie (in Form von Synchrotronstrahlung), wenn sie sich auf einer Kreisbahn bewegen.
      Sie verlieren umso mehr Energie,
      - je kleiner die Kreisbahn ist,
      - je schneller die Teilchen sind
      - und je leichter sie sind.

      Wäre der LHC-Ring nun kleiner, so würden die Protonen mehr Energie verlieren,
      so dass man die Protonen nicht auf die gewünschten hohen Energien beschleunigen könnte.Es gibt noch einen ganz praktischen Grund für die Größe des LHC: Der Tunnel, in dem der LHC-Beschleuniger gebaut wurde, existierte bereits. Bis zum Ende des Jahres 2000 befand sich darin der LEP-Beschleuniger, in dem Elektronen und Positronen miteinander kollidierten.
      Der LHC-Ring könnte im Prinzip etwas kleiner sein als der LEP, denn im LHC werden massereichere Teilchen beschleunigt (Protonen statt Elektronen), wodurch der Energieverlust geringer wird. Doch es war einfach günstiger, den alten Tunnel zu verwenden, anstatt einen neuen zu bauen.