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

Menge abkühlte, so dass sie sich nicht mehr so schnell bewegten und deshalb nicht mehr unmittelbar entkamen oder den Behälter trafen, weshalb sogar Antiprotonen gespeichert werden konnten.
    Die Idee eines Protonen-Antiprotonen-Beschleunigers war nicht auf Europa beschränkt. Der Höchstenergie-Beschleuniger dieses Typs war das Tevatron , das in Batavia, Illinois gebaut wurde. Das Tevatron erreichte eine Energie von 2 TeV (eine Energie, die etwa dem Zweitausendfachen der Ruheenergie des Protons entspricht). [33]   Protonen und Antiprotonen kollidierten, um andere Teilchen zu erzeugen, die wir im Einzelnen untersuchen konnten. Die wichtigste Entdeckung des Tevatrons war das Top -Quark, das schwerste und das bisher letzte Teilchen des Standardmodells, das gefunden werden sollte.
    Der LHC unterscheidet sich jedoch sowohl vom ersten CERN-Beschleuniger als auch vom Tevatron (siehe Abbildung 22 zu einer Zusammenfassung der verschiedenen Typen von Beschleunigern). Anstelle von Protonen und Antiprotonen lässt der LHC zwei Protonenstrahlen kollidieren. Der Grund, weshalb der LHC zwei Protonenstrahlen gegenüber einem Protonen- und einem Antiprotonenstrahl vorzieht, ist zwar subtil, aber es lohnt sich, ihn zu verstehen. Die aussichtsreichsten Kollisionen sind diejenigen, bei denen die Nettoladung der einlaufenden Teilchen sich zu null addiert. Das ist diejenige Art von Kollisionen, die wir bereits besprochen haben. Sie können jedes Teilchen plus sein Antiteilchen erzeugen (vorausgesetzt, Sie verfügen über genug Energie), wenn Ihre Nettoladung null ist. Wenn zwei Elektronen einlaufen, müsste die Nettoladung der produzierten Teilchen minus Zwei sein, wodurch viele Möglichkeiten ausgeschlossen werden. Möglicherweise meinen Sie, dass das Kollidieren zweier Protonen eine genauso schlechte Idee ist. Schließlich beträgt die Nettoladung zweier Protonen Zwei, was nicht nach einer großen Verbesserung aussieht.
    Wenn Protonen fundamentale Teilchen wären, wäre das auch absolut richtig. Wie wir in Kapitel 5 untersucht haben, bestehen Protonen jedoch aus Untereinheiten.

Abb. 22: Ein Vergleich verschiedener Beschleuniger, der ihre Energien, die kollidierenden Teilchen und die Form des Beschleunigers angibt.
    Protonen enthalten Quarks, die durch Gluonen zusammengehalten werden. Aber auch wenn die drei Valenz-Quarks – zwei Up-Quarks und ein Down-Quark –, die seine Ladung tragen, alles wären, was es in einem Proton gibt, wäre das immer noch nicht besonders gut: Die Ladungen zweier Valenz-Quarks addieren sich beide nie zu null auf.
    Der größte Teil der Masse des Protons kommt jedoch nicht von der Masse der in ihm enthaltenen Quarks. Seine Masse geht in erster Linie auf die Energie zurück, die dafür aufgewendet wird, dass das Proton zusammengehalten wird. Ein Proton, das sich mit großem Impuls bewegt, enthält eine Menge Energie. Bei all dieser Energie enthalten Protonen einen See von Quarks, Antiquarks und Gluonen zusätzlich zu den drei Valenz-Quarks, die für die Ladung des Protons verantwortlich sind. Das bedeutet, dass Sie beim Anstoßen eines hochenergetischen Protons nicht nur die drei Valenz-Quarks, sondern auch einen See von Quarks, Antiquarks und Gluonen fänden, deren Ladung sich zu null addiert.
    Wenn wir Kollisionen zwischen Protonen betrachten, müssen wir daher mit unserer Logik etwas vorsichtiger sein als bei Elektronen. Die interessanten Ereignisse sind das Ergebnis davon, dass Untereinheiten miteinander kollidieren. An den Kollisionen sind die Ladungen der Untereinheiten und nicht die der Protonen beteiligt. Auch wenn der See von Quarks und Gluonen keinen Beitrag zur Nettoladung des Protons leistet, tragen diese Teilchen doch zu seiner Zusammensetzung bei. Wenn Protonen kollidieren, könnte es sein, dass eines der drei Valenz-Quarks im Proton ein anderes Valenz-Quark trifft und die Nettoladung beim Zusammenstoß sich nicht zu null addiert. Wenn die Nettoladung des Ereignisses nicht verschwindet, können zwar gelegentlich interessante Ereignisse mit der korrekten Ladungssumme auftreten, aber die Kollision wird nicht die umfassenden Möglichkeiten einschließen, die bei Kollisionen mit einer Null-Nettoladung vorkommen.
    Aber viele interessante Kollisionen werden sich aus dem virtuellen Teilchensee ergeben, der einem Quark ermöglicht, auf ein Antiquark zu treffen, oder einem Gluon, mit einem Gluon zusammenzustoßen, und so zu Kollisionen führt, die keine Nettoladung haben. Wenn Protonen