Welt der Naturwissenschaften

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IM TEILCHENZOO: 4 KRÄFTE

Teilchenbeschleuniger sind Maschinen, die fast jeder bei sich zu Hause stehen hat: Das Fernsehgerät. Innerhalb des Bildschirms werden Elektronen beschleunigt und gegen die Mattscheibe geschossen. So entsteht das Fernsehbild. Auch Röntgengeräte sind Teilchenbeschleuniger. Elektronen prallen auf eine Metallplatte, so dass sich ihre Energie in Röntgenstrahlen umwandelt. In den Beschleunigern der Hochenergiephysik sind die eingesetzten Energiemengen wesentlich größer. Die Geräte tragen Namen wie Zyklotron, Betatron oder Synchrotron.

Teilchenbeschleuniger sind "Relativitätsmaschinen", weil sie exakt nach Einsteins Relativitätstheorie funktionieren. Aus diesem Grunde entschlüpft einem Physiker bestenfalls ein müdes Lächeln, wenn allsommerlich Meldungen auftauchen, dass Einsteins Relativitätstheorie widerlegt worden sei. Einstein stellte die Theorie auf, dass Masse und Energie nach E = m * c2 ineinander umgewandelt werden können. Tatsächlich unterscheidet man bei den kleinsten Teilchen nicht mehr zwischen Masse und Energie, beides misst man in Elektronenvolt. Ein Elektronenvolt entspricht 1,6 × 10-19 Joule. Anders ausgedrückt: Die aus dem Kochbuch bekannte Kilokalorie ist - in Elektronenvolt angegeben - eine Zahl mit 22 Nullen.

Einstein hat zudem vorausgesagt, dass die Bewegungsenergie eines Körpers in Masse umgewandelt wird, wobei die Lichtgeschwindigkeit eine Grenze darstellt. Im Alltag merkt man nichts davon, aber wenn man Teilchen bis an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, werden sie deutlich schwerer statt schneller. Ausnahmslos alle Meldungen der letzten Jahre, wonach es gelungen sei, die "Lichtmauer" zu durchbrechen, haben sich nachträglich als Zeitungsenten herausgestellt.

Ein Grund für die Teilchen-Schießübungen ist die Suche nach der Vereinigung aller Kräfte. Es sind vier verschiedene Kräfte im Universum bekannt: Die Schwerkraft, die alles am Boden hält, die starke Kernkraft, die nur im Atomkern wirkt, die schwache Kraft, die für den radioaktiven Beta-Zerfall verantwortlich ist, und die elektromagnetische Kraft, die Elektromotoren, Funkgeräte, chemische Reaktionen und andere Bereiche beherrscht. Bei einem Energieeinsatz von einigen 100 Milliarden Elektronenvolt ist es gelungen, die schwache Kraft und die elektromagnetische Kraft in einer (elektroschwachen) Theorie zu vereinen. Bei Teilchenmassen von ungefähr 1022 Elektronenvolt rechnet man mit experimentellen Beweisen für die Einbeziehung der starken Kernkraft. Ob es aber jemals gelingen wird, den Urknall nachzubilden und damit die Vereinigung aller vier Kräfte in einer allumfassenden Theorie zu erklären, ist noch ungewiss.

CERN
Milliarden Elektronenvolt
Teilchenrennbahnen
Das schöpferische Teilchen


© 2002 Rudolf Öller, Bregenz

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