Was ist ein Teilchenbeschleuniger?
Ein Teilchenbeschleuniger, auch bekannt als Atom Smasher oder Teilchenkollider, ist ein Gerät, das subatomare Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und sie in kleinen, gleichmäßigen Strahlen hält. Teilchenbeschleuniger haben viele Anwendungen im allgemeinen Gebrauch und in der experimentellen und theoretischen Physikforschung. Der Large Hadron Collider, der größte Teilchenbeschleuniger, der zum Zeitpunkt seines Baus existierte, sollte Teilchen kollidieren lassen, um sie zu zerbrechen und das theoretische Higgs-Boson-Teilchen zu entdecken. In einfachen Fernsehgeräten sind viel kleinere Beschleuniger in Form von Kathodenstrahlröhren vorhanden.
Kathodenstrahlröhren und Röntgengeneratoren, die täglich von vielen Menschen verwendet werden, sind Beispiele für Teilchenbeschleuniger mit niedriger Energie. Ein Kathodenstrahlröhrenfernseher hat eine Vakuumröhre, die eine oder mehrere Elektronenkanonen und die Mittel zum Ablenken des Elektronenstrahls enthält. Der Strahl wird nach Bedarf auf einen Leuchtschirm abgelenkt, von dem Bilder ausgesendet werden. Röntgengeneratoren beschleunigen und kollidieren große Mengen von Röntgenstrahlen mit einem Schwermetalltarget. Alles, was sich zwischen dem Generator und dem Metall befindet, verstärkt das Muster der Röntgenstrahlen, die auf das Metall treffen. Anhand dieser Informationen können Mediziner Probleme im menschlichen Körper diagnostizieren.
Teilchenbeschleuniger mit höherer Leistung, beispielsweise solche, die Kernreaktionen auslösen können, werden im Allgemeinen für wissenschaftliche Zwecke verwendet. Ein Teilchenbeschleuniger, der für physikalische Experimente verwendet wird, beschleunigt gewöhnlich Ströme subatomarer Teilchen in entgegengesetzten Richtungen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Sie manipulieren und kollidieren dann diese Strahlen; Die Teilchen, aus denen die Strahlen bestehen, prallen aufeinander und brechen auseinander. Physiker verwenden spezielle Detektoren, um die zersetzten Partikel zu analysieren und nach noch kleineren Partikeln zu suchen. Jedes neue Teilchen, das von Physikern entdeckt wurde, bietet eine Welt voller Einsichten über die Natur und den Aufbau aller Materie.
Viele experimentelle Teilchenkollider, insbesondere der Large Hadron Collider, haben bei einigen Physikern Besorgnis über das Risiko ausgelöst, das solche Geräte nicht nur für die beteiligten Wissenschaftler, sondern für die Erde insgesamt darstellen. Einige mathematische Theorien zeigen die Möglichkeit, dass ein Teilchenbeschleuniger mit hoher Leistung zur Bildung von kleinen Schwarzen Löchern führen könnte. Die meisten Physiker sind sich jedoch einig, dass diese Mikroschwarzen Löcher, wenn sie erzeugt werden, keine oder nur eine geringe Bedrohung darstellen, da sie sich entweder in harmlose Hawking-Strahlung auflösen oder zu langsam wachsen, um eine angemessene Gefahr darzustellen.
Ein Teilchenbeschleuniger scheint für manche ein etwas primitives Werkzeug zu sein, das an Höhlenmenschen erinnert, die Steine zusammenschlagen, um herauszufinden, was im Inneren vorhanden ist. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die aus solchen Geräten gewonnen werden, sind jedoch immens und werden wahrscheinlich auch weiterhin so sein, wie Teilchenbeschleuniger immer leistungsfähiger werden. Das Elektron wurde zum Beispiel unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre entdeckt. Einige theoretisieren, dass das Higgs-Boson-Teilchen, wenn es entdeckt wird, den Schlüssel zu einem viel besseren Verständnis der physischen Welt als Ganzes liefern könnte.