Impuls Physik 4, Schulbuch

„Strahlende Physik“ 10 Der 27 km lange Tunnel für den LHC beim Bau Riesige Detektoren registrieren die Bruchstücke der Teilchenkollisionen. Die Spuren von Teilchenkollisionen sind eindrucksvolle Ereignisse. Sie im Detail zu rekonstruieren, ist mühsame Kleinarbeit. Man bekommt pro Sekunde eine CD-ROM Datenmaterial. Wäre der Atomkern 1 cm groß, hätte das Atom einen Durchmesser von 1 km! In dieser Kugel wäre viel „Nichts“! Elektron in der Schale Atomkern Der Teilchenbeschleuniger Bei Genf in der Schweiz wurde ein 27 km langer, im Kreis verlaufender Tunnel gebaut. Dieser Tunnel ist nicht für Autos oder Züge gedacht. Er ist das Schmuckstück des CERN und dient der Wissenschaft. CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung , ist eine Großforschungseinrichtung, an der 20 Länder und ca. 10000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt sind. Sie untersuchen die Zusammensetzung der Materie, indem Elementarteilchen wie Elektronen oder Protonen beschleunigt und dann zur Kollision gebracht werden. Die Teilchen erreichen dabei fast Lichtgeschwindigkeit und flitzen bis zu 11 000 Mal in der Sekunde durch die Röhre. Dazu sind 1 300 Magnete von 15 m Höhe nötig, damit die Partikel auf der Kreisbahn bleiben. Auf –270 °C werden die Kolosse gekühlt. Bei dieser Temperatur sind Magnete supraleitend (ihr Widerstand geht gegen null). Als Kühlmittel werden hundert Tonnen Helium verwendet (1 kg Helium-Edelgas kostet rund 40 EURO). Haben die Protonen ihre Höchstgeschwindigkeit im „ Large Hadron Collider “ (LHC) erreicht, lässt man sie kollidieren. Sie zerbersten in Tausende Bruchstücke, die mit hausgroßen Detektoren aufgezeichnet und untersucht werden. Der Energieaufwand von CERN ist enorm. Im Betrieb wird die gleiche Strommenge benötigt wie in der 160000-Einwohner-Stadt Genf. Obwohl die Protonen weniger als 1 Milliardstel Gramm auf die Waage bringen, haben sie zusammen so viel Energie wie ein 800-Tonnen-Güterzug bei Tempo 100! Mit diesen aufwändigen Experimenten versucht man Antworten auf grundlegende Fragen der Physik zu finden, wie etwa: • Was ist Materie? • Was hält sie zusammen? • Was hält so komplexe Dinge wie Sterne, Gegenstände oder Lebewesen zusammen? • Warum existieren Gegenstände bzw. Körper, obwohl Atome zu mehr als 99,99 % aus „Nichts“ bestehen? Die berühmteste Formel der Welt: E = m · c ² Albert Einsteins berühmteste Formel war ein Nachtrag zur Speziellen Relativitätstheorie: E = m · c 2 Energie = Masse · Lichtgeschwindigkeit² Die Masse ( m ) multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ( c = 299792 Kilometer pro Sekunde) kann als konzentrierte Form der Energie ( E ) betrachtet werden. Diese „ Masse-Energie-Äquivalenz “ ist die Grundlage für Atombomben und Kernkraftwerke. Geringe Massen weisen hohe Energien auf: Ein Tausendstel Gramm eines Stoffes ist äquivalent zu 25000 kWh, dem Jahresstromverbrauch von acht österreichischen Haushalten. 101 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv