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MILLIARDEN ELEKTRONENVOLT

Warum kann man zwar Bakterien oder rote Blutkörperchen im Mikroskop sehen, nicht aber Atome? Diese Frage ist nur zu beantworten, wenn man die Wellennatur des Lichtes berücksichtigt. Man kann mit Hilfe von Wellen Bilder erzeugen. Licht hat genauso eine Wellennatur wie Röntgen- oder Elektronenstrahlen. Nun gilt die Regel, dass man Objekte nur dann scharf abbilden („auflösen“) kann, wenn die Wellenlänge des verwendeten Lichtes kleiner als der beobachtete Gegenstand ist. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegt etwas unter einem Millionstel Meter. Bakterien sind größer, Viren sind  kleiner als dieser Wert, daher kann man Bakterien im Lichtmikroskop sehen, Viren hingegen nicht.

Will man kleinere Objekte sehen, muss man die Wellenlänge der verwendeten Strahlung verkleinern, doch dies muss man mit hoher Energie erkaufen. Das absurd klingende Naturgesetz lautet: Je kleiner die Wellenlänge, desto höher die damit verbundene Energie. Die Wellenlänge von UV-Strahlen ist kleiner als diejenige des sichtbaren Lichtes. Ihre Energie reicht daher aus, in die Haut einzudringen um einen Sonnenbrand hervorzurufen. Elektronenmikroskope erzeugen kurzwellige Elektronenstrahlen, ihre kleine Wellenlänge reicht aus, um winzige Objekte wie Viren abzubilden. Für Atome reicht das aber nicht mehr.

Das Eindringen in die innersten Bereiche der Atome erfordert „Mikroskope“, die diese Bezeichnung kaum noch verdienen, denn man benötigt riesige Maschinen - so genannte Teilchenbeschleuniger. Die dazugehörige Wissenschaft ist die Hochenergiephysik. Man benützt in diesem Wissensbereich das „Elektronenvolt“ als Energieeinheit. Lichtteilchen („Photonen“) haben etwa ein bis vier Elektronenvolt, Röntgenquanten haben bereits einige Tausend Elektronenvolt. Teilchenbeschleuniger heutiger Bauart erzeugen Energien, bei denen Teilchen mit einer Energie von über hundert Milliarden Elektronenvolt aufeinanderprallen.

Der Wettlauf um den Bau von Beschleunigermaschinen begann in den Zwanziger Jahren in den USA und wurde von den Energieversorgungsfirmen unterstützt, weil zu dieser Zeit versucht wurde, die Hochspannungstechnik zu entwickeln. Die leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger stehen heute in den USA und in Europa. Ein Teilchenbeschleuniger besteht im wesentlichen aus luftleer gepumpten Röhren, die meist kreisförmig verlaufen. Der derzeit größte Beschleuniger ist der „LEP-Ring“ in Genf mit einem Umfang von 23 km. Die großen Radien sind notwendig, damit die schnellen Teilchen nicht zuviel Strahlungsenergie in engen Kurven verlieren.

Die Hochenergiephysik ist die Mikroskopie der Materie. Die entwickelten Maschinen werden immer besser, die Ergebnisse der Teilchenphysik sind entsprechend aufregend.

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J. J. Thomsen
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© 2000 Rudolf Öller, Bregenz