| Der Blick in das Innere von Atomkernen erfordert den Bau gigantischer
Maschinen, so genannter Teilchenbeschleuniger, dazu eine unvorstellbar
große Menge an Energie und eine gewisse „Luminosität“.
Darunter versteht man die Zahl der Teilchenkollisionen, die pro Sekunde
in einem Beschleuniger stattfinden können.
Am 17. April 1987 wurde die für eine Kollision aus Protonen und
Antiprotonen benötigte Luminosität im damals stärksten
Teilchenbeschleuniger der Welt, im „Tevatron“ in Chicago erreicht.
Die Steuerung der fast mit Lichtgeschwindigkeit durch ein evakuiertes
Stahlrohr rasenden Protonen und Antiprotonen erfordert eine große
Präzision hunderter von Messinstrumenten, Ablenkmagneten, Fokussiermagneten
und Hochfrequenzbeschleunigern. Die Bedienungsmannschaften starrten auf
die Messinstrumente, als die Antiprotonen aus dem Speicherring in das
Tevatron geschossen wurden. Gleich darauf brach lauter Jubel aus, als
die Teilchen in der erwarteten Zahl zu kollidieren begannen. Die Physiker
hatten Neuland betreten.
Unter einem Messgerät versteht man in der Regel ein Voltmeter, ein
Fieberthermometer oder etwas Ähnliches. Der Proton-Antiproton-Kollisionsdetektor
im Fermilab ist ein „Messgerät“ von über 4500 Tonnen,
dessen Einzelteile trotz der Größe präzise wie eine Atomuhr
arbeiten. Etwa achtzigtausend elektronische Datenkanäle werden von
mehreren Hochleistungscomputern überwacht. Im Kollisionszentrum des
Detektors, an dessen Entwicklung 300 Physiker und Techniker acht Jahre
lang gear-beitet hatten, tritt Energie in unvorstellbarer Dichte auf.
Bei den beschriebenen Kol-lisionen zerreißt es die Teilchen, und
Dutzende neue Partikel entstehen bei einer Energie von 2000 Milliarden
Elektronenvolt. Das ganze passiert in einem „Raum“, der 1000
Milliarden Mal in den Kern eines Wasserstoffatoms passte.
Was 1987 noch als technische Revolution galt, ist heute in der Hochenergiephysik
Standard: Die Erreichung hoher Energiedichten um die physikalischen Zustände
wenige Sekundenbruchteile nach dem Urknall zu simulieren. So wissen wir
heute, dass es am Beginn des Universums nur zwei Teilchenfamilien gab:
Leptonen – das sind leichte Teilchen, wie etwa Elektronen - und
Quarks. Quarks sind eine Gruppe von sechs schweren Teilchen, die man heute
als die Grundbestandteile der Materie ansieht. Die Vorstellung, dass Protonen
und Neutronen aus fundamentalen Partikeln bestehen, wurde 1963 unabhängig
voneinander von den amerikanischen Physikern Murray Gell-Mann und George
Zweig entwickelt. Die „Aces“ von Zweig wurden vergessen, die
„Quarks“ von Gell Mann setzten sich durch. Der Begriff stammt
aus einem Roman des irischen Schriftstellers James Joyce.
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Jahresübersicht 2005
Das schöpferische Teilchen
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Rudolf Oeller: