Der Geek-Atlas (German Edition)

Teilchendetektor COMPASS, den AD (Antiprotonen-Verzögerer),
     der zur Erzeugung von Antimaterie verwendet wird, die CAST- und AMS-Versuche, die zum Aufspüren von Partikeln aus dem Kosmos
     genutzt werden, Teile des Large Hadron Collider und/oder die Computer-Ressourcen des CERN.
    Seit seiner Gründung im Jahr 1954 war das CERN schon die Forschungsstätte vieler Wissenschaftler, darunter die Nobelpreisträger
     der Jahre 1976, 1984, 1988 und 1992. Es war auch Vorreiter der Hochenergiephysik mit der Entdeckung des neutralen Stroms (1973),
     der W- und Z-Bosonen (1983) und der Herstellung von Antiwasserstoff (der Antimaterieform des Wasserstoffs).
    Das CERN ist auch der Geburtsort des World Wide Web. Tim Berners-Lee und Robert Cailliau entwickelten den Prototyp des Web
     mit je einem einfachen Server und Browser. Dadurch sollte ein einfacher Zugriff auf die Dokumente für die Allgemeinheit ermöglicht
     werden. Das CERN ist auch ein Zentrum für die Entwicklung des Grid-Computing: Die zum Aufspüren von Teilchen verwendeten Detektoren
     produzieren riesige Datenmengen. Der ATLAS-Detektor des Large Hadron Colliders beispielsweise produziert ein Petabyte Daten
     jährlich. Für deren Verarbeitung sind sehr große Computer-Grids erforderlich.
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    Das Higgs-Boson, der Large Hadron Collider und der Ursprung der Masse
    Das Standardmodell der Teilchenphysik wird von Physikern verwendet, um einen Großteil (aber eben nicht alle) Interaktionen
     zwischen Teilchen, aus denen Masse besteht, zu beschreiben. Mit dem Standardmodell kann die elektromagnetische Kraft zwischen
     Teilchen sowie die schwache und die starke Wechselwirkung beschrieben werden, nicht aber die Gravitation.
    Das Standardmodell umfasst drei Arten von Teilchen: Fermionen, Vektorbosonen und Higgs-Bosonen. Fermionen bestehen aus Quarks
     und Leptonen. Es gibt sechs Quarks (die Up, Down, Charm, Strange, Top und Bottom genannt werden) und sechs Leptonen (Elektron,
     Myon, Tau sowie drei Neutrinos: Elektronneutrino, Myonneutrino und Tauneutrino).
    Die Quarks verbinden sich in Dreiergruppen zu anderen Teilchen. Das Proton besteht aus einem Up-Up-Down-Quark-Trippel ( Abbildung 32.1 ), und das Neutron aus einem Up-Down-Down-Trippel. Protonen, Neutronen und Elektronen sind die Grundbausteine der Materie.
    Abbildung 32.1 Ein Proton besteht aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark
    Es gibt vier Vektorbosonen: Gluon, Photon und die W- und Z-Bosonen. Diese sind für die Wechselwirkungen zwischen Teilchen
     verantwortlich. Das Photon ist für die elektromagnetische Wechselwirkung verantwortlich, die W- und Z-Bosonen für die schwache
     Wechselwirkung (auf der die Radioaktivität basiert), und das Gluon für die starke Wechselwirkung (die Teilchen zusammenhält).
    Alle Teilchen des Standardmodells wurden, bis auf das Higgs-Boson, durch Experimente beobachtet oder entdeckt. Das fehlende
     Puzzleteil im Standardmodell ist die Erklärung der Masse von Materie. Als Physiker die verschiedenen Theorien zusammenstellten,
     aus denen das Standardmodell besteht, ergab sich ein Problem: die Vektorbosonen hätten eigentlich masselos sein müssen, denn
     das Photon hat keine Masse (und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit), ebensowenig wie das Gluon. Die W- und Z-Bosonen sind
     jedoch schwer (relativ gesehen).
    Das Higgs-Boson erklärt die Masse der W- und Z-Bosonen (und der gesamten Materie): Dabei wird ein Feld (das sog. Higgs-Feld)
     vorausgesetzt, das den Kosmos durchdringt. Das Higgs-Boson steht in Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld und gibt anderen Teilchen
     eine Masse, wobei eine größere Wechselwirkung mit dem Feld zu einer größeren Masse führt. Das Higgs-Feld ähnelt einer viskosen
     Flüssigkeit – versucht ein Objekt, sich durch die Flüssigkeit zu bewegen, gibt es einen Widerstand. Das Higgs-Boson bewegt
     sich durch das Higgs-Feld und dessen Widerstand führt zu Masse.
    Bisher hat noch niemand das Higgs-Boson wirklich gesehen, doch man hofft, es mit dem Large Hadron Collider im CERN zu finden.
    Der Large Hadron Collider ist der größte Teilchenbeschleuniger der Welt – er befindet sich in einem 27 Kilometer langen, ringförmigen
     Tunnel. Der Collider sendet zwei Protonenstrahlen in entgegengesetzter Richtung durch den Ring, bis diese eine Energie von
     7 TeV erreicht haben, und lässt diese dann kollidieren.
    Wenn die Protonen zusammenstoßen, brechen sie auseinander. Es werden die Partikel freigesetzt, aus denen sie bestehen. Mit
     Detektoren, die rund um den