Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

und von ihrer Rohform zu einer solchen weiterverarbeitet werden, die für physikalische Analysen besser geeignet ist. Verbindungen mit hoher Bandbreite schicken die Daten zu dem Dutzend großer nationaler Rechenzentren, die Stufe 1 bilden. Analysegruppen können auf diese Daten zugreifen, wenn sie wollen. Lichtleiterkabel verbinden Stufe 1 mit den etwa 50 Analysezentren der Stufe 2, die sich an Universitäten befinden, welche über genügend Rechenleistung verfügen, um physikalische Prozesse zu simulieren und bestimmte Analysen durchzuführen. Schließlich kann jede Universitätsgruppe Analysen der Stufe 3 vornehmen, bei denen letztlich der größte Teil der wirklichen Physik extrahiert wird.
    An diesem Punkt können Experimentalphysiker auf der ganzen Welt ihre Daten durchgehen, um das aufzuspüren, was die Kollisionen der Hochenergieprotonen offenbaren könnten. Das könnte etwas Neues und Aufregendes sein. Aber um festzustellen, ob das auch wirklich der Fall ist, besteht die erste Aufgabe der Experimente – die wir im folgenden Kapitel weiter untersuchen werden – darin, abzuleiten, was sich tatsächlich ereignet hat.

Kapitel 14
    Die Identifikation von Teilchen
    Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik kategorisiert auf kompakte Weise unser gegenwärtiges Verständnis von Elementarteilchen und ihren Wechselwirkungen (die in Abbildung 40 zusammengefasst sind). [52]   Es umfasst Teilchen wie z.B. die Up- und Down-Quarks und die Elektronen, die sich im Kern der bekannten Materie befinden. Aber es bietet auch Platz für eine gewisse Anzahl schwererer Teilchen, die zwar durch dieselben Kräfte wechselwirken, aber gewöhnlich nicht in der Natur auffindbar sind – Elementarteilchen, die wir nur in Experimenten mit Hochenergiebeschleunigern untersuchen können. Die meisten Bestandteile des Standardmodells, wie z.B. die Teilchen, die gegenwärtig am LHC untersucht werden, waren bis zu den raffinierten experimentellen und theoretischen Erkenntnissen, durch die sie in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entdeckt wurden, recht tief verborgen.
    Am LHC sollen die ATLAS- und CMS-Experimente Teilchen des Standardmodells erfassen und identifizieren. Das wirkliche Ziel ist natürlich, über das hinauszugehen, was wir schon wissen – um neue Bestandteile oder Kräfte zu finden, die eine Antwort auf bedeutende Rätsel geben könnten. Um das jedoch tun zu können, müssen die Physiker in der Lage sein, die Untergrundsereignisse des Standardmodells zu unterscheiden und die Elementarteilchen des Standardmodells zu identifizieren, in die irgendwelche neuen Teilchen zerfallen könnten. Die Experimentalphysiker am LHC sind wie Detektive, die Daten analysieren, um Anhaltspunkte zusammenzufügen und festzustellen, was sich ereignet hat. Sie werden erst dann in der Lage sein, das Vorhandensein von etwas Neuem festzustellen, nachdem sie alles, was schon bekannt ist, ausgeschlossen haben.
    Nachdem wir einen Rundgang durch die Mehrzweckexperimente gemacht haben, werden wir jetzt in diesem Kapitel erneut auf sie eingehen, um besser zu verstehen, wie die Physiker am LHC einzelne Teilchen identifizieren. Etwas mehr Vertrautheit mit dem gegenwärtigen Stand der Elementarteilchenphysik und damit, wie man die Teilchen des Standardmodells findet, wird von Nutzen sein, wenn wir in Teil IV das Entdeckungspotential des LHC besprechen.

Abb. 40: Die Elemente des Standardmodells der Elementarteilchenphysik mit den angezeigten Massen. Links- und rechtshändige Elementarteilchen werden ebenfalls gezeigt. Die schwache Kraft, die den Teilchentyp ändert, wirkt nur auf die linkshändigen Teilchen.
    Wie man Leptonen findet
    Elementarteilchenphysiker teilen die Materieteilchen des Standardmodells in zwei Kategorien ein. Der eine Typ wird als Leptonen bezeichnet und umfasst Elementarteilchen wie z.B. das Elektron, die der starken Kernkraft nicht unterliegen. Das Standardmodell enthält auch zwei schwerere Varianten des Elektrons, die zwar dieselbe Ladung, aber viel größere Massen aufweisen und die als Myon und Tau bezeichnet werden. Wie sich herausstellt, hat jedes Elementarteilchen des Standardmodells drei Varianten, die zwar alle dieselbe Ladung aufweisen, wobei jedoch jede weitere Generation schwerer als die nächste ist. Wir wissen nicht, warum es drei Varianten dieser Teilchen geben sollte, die alle dieselbe Ladung haben. Als der Physiker und Nobelpreisträger Isidor Isaac Rabi von der Existenz des Myons erfuhr, zeigte er seine