Teilchenbeschleuniger

[Harmakhis]

Teilchenbeschleuniger - das Tor zur Hochenergiephysik. Und ein Buch voller Fragen.

Ich werde demnächst eine Art Präsentation über Teilchenbeschleuniger halten müssen und bin dabei auf Fragen gestoßen, die ich bis jetzt nicht beantworten können.

Das Teilchenbeschleuniger mit Hilfe von Magnetfelder geladene Teilchen beschleunigen und dann kollidieren lassen bzw. mit einem detektor untersuchen ist klar. Allgemein steht auf allen Websiten und im Lexikon, dass man damit den inneren Aufbau der Atome untersuchen kann.
Allerdings steht nirgends WIE man das macht. Ich verstehe nicht ganz wie man durch eine Kollision von Teilchen auf deren inneren Aufbau schlißen kann oder wie diese Detektoren die Teilchen untersuchen.

Vielleicht hat je einer von den Cracks hier im Forum eine Erklärung oder eine Quelle parat.

[Sternengucker]

Hmmm, Quelle zB bei der CERN? ( http://www.cern.ch )

Es müßte so sein, daß überall in den Wänden jener Kammer wo die Kollisionen stattfnden Hunderte, wenn nicht sogar viele Tausende Detektoren für diese Teilchen die man untersuchen will befestigt sind, die dann nach der Kollision aufzeichnen welche Teilchen wohin unterwegs sind.
Das setzt natürlich voraus, daß man Quarks und Co auch nachweisen kann... Hmmmm

[Spocky]

Man kann deshalb auf den Aufbeu der Teilchen schließen, weil diese zerlegt werden. Meist entstehen dabei aber auch völlig neue Teilchen, von denen man annimmt, dass sie auch kurz nach dem Urknall existierten.

[Sternengucker]

Wie erstellt man denn den Beweis dafür, daß bei der Kollision "Teilchen" freiwerden? Photographieren fällt wohl flach, also muss ein anderer Nachweis her.

Wie sind denn Quarkdetektoren beschaffen? wie unterscheidet man Ups von Down und Strange von Charmings?

Ich weiß halt nur, daß ich irgendwann mal ein Photo von so einer Detektorkammer´gesehen habe und sie aussah wie das hohle innere einer Seemine (diese Igelkugeln) eben auch mit zig solcher eingeschraubten ehhh "Dinger"

[Spocky]

Die neu entstandenen Teilchen werden dadurch nachgewiesen, dass sie ja irgendwie mit ihrer Umgebung interagieren und es ist dieses interagieren, das detektiert wird. Anhand der Art und der Intensität der Interaktion kann dann auf die Art des Teilchens rückgeschlossen werden.

[USS-Berlin]

Bei jeder dieser Teilchienkollisionen wird meines wissens nach ein großer Teil der Energie in Form von Strahlung abgegeben. Diese Strahlung ist bei jeder Art Teilchien individuell anders und kann gemessen werden.
Wenn du näheres über Spin und der gleichen erfahren willst empfehle ich dir Stephen Hawkings "Eine kurze Geschichte der Zeit". Ist ne weile her das ichs gelesen hab drum kann ich dirs jetzt auch nicht so erklären, aber mir hat das Buch damals die meisten Fragen beantwortet.

[notschefix]

Also wenn zwei Teilchen aufeinandertreffen mit hohen Geschwindigkeiten, dann wird bei dem Zusammenprall soviel Energie frei, das höherenergetische Teilchen entstehen können (dat heißt Teilchen, die nich nur up- und down-Quark haben, sondern auch noch strange- charmeQuark uds). Diese Teilchen gelangen entweder in die Detektoren des Beschleunigers oder aber zerfallen schon vorher in andere Teilchen. Diese anderen Teilchen gelangen dann in den Detektor oder zerfallen nochmals bevor sie in den Detekor gelangen, aber irgendwas der entstandenen Teilchen gelangt definitiv in den Detektor!

und da die Teilchen, die bei dem Aufprall der Ursprungsteilchen entstanden) einen gewissen Impuls erhalten haben haben sie auch eine bestimmte Richtung. will heißen: Wenn meinetwegen beim aufprall zweier Protonen drei hochenergetische Teilchen entstehen, dann fliegen diese drei Teilchen in eine bestimmte Richtung und wenn die Teilchen zerfallen fliegen die dabei entstandenen neuen Teilchen ebenfals bevorzugt in diese Richtung (impulserhaltung), es bilden sich sogenannte Teilchenjats aus, man kann also zumeist ein Jet vom anderen Jet gut trennen, da dieDetektoren auch räumliche Auflösung haben, nicht nur zeitliche.

Da alle Teilchen charakteristisch zerfallen, kann man das erste hochenergetische Teilchen, was evtl. so schnell zerfällt, dass es garnicht mehr in den Detktor gelangt auch anhand seiner Zerfallsprodukte identifizieren, was sehr praktisch ist. Zum Beispiel die ganzen neuen Elemente, die man mittles Beschleunigern kurzzeitig herstellen kann, diese leben so kurz, das sie kaum in die Detektoren gelangen könne, aber man kann errechenn, wie diese Teilchen zerfallen und genau danach suchen die Forscher!

Das hat aber nur relativ wenig mit der Erforschung des inneren Aufbaus eines Atoms zu tun, sondern eher mit der Erforschung und Herstellung exotischer Teilchen.

Erforschung des inneren aufbaus eines Atoms macht an mit hochenergetischen Elektronen. Man schickt also einen Elektronenstrahl auf einen Atomkern
Warum Elektronen?
Na ja, also Lichtmikroskope haben eine bestimmte Grenze an Auflösungsvermögen (so um einen µm oder so). Um noch höhere Auflösungen zu bekommen braucht man kurzwelligere Objekte...und da man laut deBroglie Elektronen Welleneigenschaften (also auch eine Wellenlänge) zuordnen kann benutzt man Elektronen. Das sind dann die Elektronenmikroskope. Elektronen haben eine deutlich kürzere Wellenlänge als Licht, sodaß man auch im Nanobereich mit ihnen was sehen kann!

Als Faustregele geht: Je kleiner die Wellenlänge, desto höher die Auflösung!

Und einen weiteren Vorteil haben Elektronen: Man kann sie beschleunigen! und so schneller sie sind, desto höher ist die Energie und so kleiner ist auch ihre Wellenlänge!

Dat heißt wenn man höhere Auflösungen braucht muß man nur einen Elektronenstrahl nehmen und ihn beschleunigen!

Um in einen Atomkern zu gucken braucht man eine Auflösung von besser als 10^-15, da reicht ein einfaches Elektronenmikroskop nicht mehr aus, da müssen die Elektronen sehr viel stärker beschleunigt werden, darum nimmt man für soetwas Beschleuniger.

So...hat sicher nicht alles erklärt...aber nachfragen sind natürlich erlaubt

[Harmakhis]

Mit den Infos kann ich doch erstmal etwas anfangen... schonmal vielen, vielen Dank an euch alle.

[Spocky]

Original geschrieben von notsch
Also wenn zwei Teilchen aufeinandertreffen mit hohen Geschwindigkeiten, dann wird bei dem Zusammenprall soviel Energie frei, das höherenergetische Teilchen entstehen können (dat heißt Teilchen, die nich nur up- und down-Quark haben, sondern auch noch strange- charmeQuark uds). Diese Teilchen gelangen entweder in die Detektoren des Beschleunigers oder aber zerfallen schon vorher in andere Teilchen. Diese anderen Teilchen gelangen dann in den Detektor oder zerfallen nochmals bevor sie in den Detekor gelangen, aber irgendwas der entstandenen Teilchen gelangt definitiv in den Detektor!

Naja, theoretisch ist es auch möglich, dass zumindest ein Teil (vielleicht sogar alles) in so energiearme Teilchen zerstrahlt, dass sie von den Detektoren nicht erreicht werden können. Außerdem erfassen die Detektoren ja auch nicht 100% der Umgebung, so dass immer was flöten geht.

Original geschrieben von notsch
Na ja, also Lichtmikroskope haben eine bestimmte Grenze an Auflösungsvermögen (so um einen µm oder so).

Ich habs leider nicht mehr genau im Kopf, ist schon ein paar Jährchen her. Skript zum physikalischen Praktikum rauskram:
Kleinste auflösbare Gittergröße: gmin=λ/sin(u)
Wer will, kann sichs jetzt ausrechnen. Könnte aber ein bischen besser, als 1 µm sein, zumindest, wenn der Strahl an der Mikrosonde wirklich genau 1 µm Durchmesser hat.

[Harmakhis]

Nochmal zu den Teilchenbescheunigern:

Was für Anwendungsmöglichkeiten gibt es denn außer der Erforschung von exotischen Teilchen und dem Atomaufbau noch. Ich weiß, dass man sie auch zu therapeutischen Zwecken benutzen kann...

[IDGAF]

Also zum festellen der Teilchen sind auch einfache Blasenkammern-Experimente, bei denen geladene Teilchen spuren durch ein Fluid ziehen, die dann "photographiert" werden konnen. Aus den spuren und den daraus zurrechenbaren energien kann man die teilchen identifizieren bzw teilchen, die keine spuren hinterlassen (leider), die auch beteiligt sein müssen, um diese bahnen hervorzurufen.
Es gibt aber auch interessante Versuche mit der Synchrotronstahlung, die bei den großen dipolmagneten entsteht und auch eine vielfalt an anwendungen in der materialforschung und auch medizinischen technik bringt (ich kann momentan nur vom DELTA sprechen, wo mehrere Halbleiter- und pberflächenstruktur-Experimente laufen).

[Spocky]

Original geschrieben von Harmakhis
Nochmal zu den Teilchenbescheunigern:

Was für Anwendungsmöglichkeiten gibt es denn außer der Erforschung von exotischen Teilchen und dem Atomaufbau noch. Ich weiß, dass man sie auch zu therapeutischen Zwecken benutzen kann...

So gesehen sind ja auch Massenspektrometer kleine Teilchenbeschleuniger, da dabei ja auch geladene Teilchen beschleunigt und auf eine Halbkreisbahn gelenkt werden. Je schwerer sie sind, umso größer ihr Bahnradius und umso weiter außen landen sie auf dem Detektor.

[IDGAF]

Sogar dein Fernseher sicht streng gesehen ein Teilchenbeschleuiger (elektronen werden auf die Scheibe geschossen).

[Harmakhis]

Mir geht es eigentlich schon um die Industriellen Großbeschleuniger, im Format von CERN und DESY. Braunsche Röhre ist doch etwas lüt.

Aber was anderes: soweit ich gelesen habe werden Teilchenbeschleuniger auch in der Kernfusionsforschung verwendet, allerdings stand mal wieder nirgends wie, warum und wo... ich liebe diese Lexikas wo steht, "ja sie machen dies und das" Punkt. Danke, dass hilft absolut nichts.

[Spocky]

Ich hätte vielleicht oben bei meiner Formel noch ein paar Angaben machen sollen: Naja, λ sollte klar sein, dass das die Wellenlänge ist, aber das u ist ein wenig komplizierter. u ist der Winkel Φ1, unter dem das erste Beugungsmaximum auftritt.