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

ineinanderkrachen, könnte ein Quark im Innern eines Protons ein Antiquark im Innern des anderen treffen, auch wenn das nicht am häufigsten geschieht. Alle möglichen Prozesse, die auftreten können, einschließlich derer bei den Kollisionen der Teilchen des Teilchensees, spielen eine Rolle, wenn wir die Frage stellen, was im LHC geschieht. Diese Kollisionen von Teilchen aus dem Teilchensee werden tatsächlich umso wahrscheinlicher, je höher die Energie wird, auf die die Protonen beschleunigt werden.
    Die gesamte Protonenladung bestimmt nicht, welche Teilchen erzeugt werden, da der Rest des Protons sich einfach weiterbewegt und die Kollision vermeidet. Die Teile des Protons, die nicht kollidieren, tragen den Rest der Nettoprotonenladungen davon, die einfach im weiteren Verlauf des Strahlrohrs verschwinden. Das ist die subtile Antwort auf die Frage, die der Bürgermeister von Padua stellte, nämlich wo die Protonenladungen bei einer Kollision im LHC hingehen. Es hat mit der zusammengesetzten Natur des Protons und der hohen Energie zu tun, die sicherstellt, dass nur die kleinsten Bestandteile, die wir kennen – Quarks und Gluonen – direkt miteinander kollidieren.
    Da nur Teile des Protons kollidieren und diese Teile virtuelle Teilchen sein können, die mit einer Nettoladung von null aufeinanderprallen, ist die Wahl zwischen einem Protonen-Protonen- und einem Protonen-Antiprotonen-Beschleuniger nicht ganz offensichtlich. Während sich in der Vergangenheit das Opfer lohnte, in Beschleunigern mit niedrigerer Energie Antiprotonen zu erzeugen, um das Auftreten interessanter Ereignisse zu garantieren, fällt diese Entscheidung bei den LHC-Energien nicht so eindeutig aus. Bei den hohen Energien, die der LHC erreicht, wird ein bedeutender Bruchteil der Energie des Protons von Quarks aus dem Teilchensee, Antiquarks und Gluonen getragen.
    Physiker und Ingenieure, die am LHC arbeiten, trafen die Konstruktionsentscheidung, zwei Protonenstrahlen kollidieren zu lassen, anstatt einen Protonen- und einen Antiprotonenstrahl. [34]   Dadurch wird die Erzeugung einer hohen Luminosität – d.h. einer größeren Zahl von Ereignissen – ein weitaus besser erreichbares Ziel. Es ist sehr viel leichter, Protonenstrahlen herzustellen als Antiprotonenstrahlen.
    Der LHC ist also ein Proton-Proton-Beschleuniger, und kein Proton-Antiproton-Beschleuniger. Mit seinen zahlreichen Kollisionen, die sich leichter verwirklichen lassen, wenn Proton mit Proton kollidiert, hat er ein gewaltiges Potential.

Kapitel 7
    Die Grenzen des Universums
    Widerwillig wachte ich am 1. Dezember 2009 morgens um 6 Uhr in einem Hotel in der Nähe des Flughafens von Barcelona auf, um ein Flugzeug zu erwischen. Mein Besuch galt der spanischen Premiere einer kleinen Oper – für die ich das Libretto geschrieben hatte – über Physik und Entdeckungen. Das Wochenende war zwar außergewöhnlich zufriedenstellend, aber ich war erschöpft und brannte darauf, nach Hause zurückzukehren. Eine wunderbare Überraschung hielt mich jedoch ein wenig auf.
    Der Leitartikel der Zeitung, die das Hotel mir an jenem Morgen an die Tür brachte, trug den Titel »Teilchenbeschleuniger stellt Rekorde auf«. Anstelle der gewöhnlichen Schlagzeile, die über eine schreckliche Katastrophe oder eine kurzzeitige Kuriosität berichtet, war eine Geschichte über die Rekordenergien am Large Hadron Collider, die einige Tage zuvor erreicht wurden, die wichtigste Nachricht des Tages. Die Aufregung über den Meilenstein, der vom LHC erreicht wurde, war in dem Artikel spürbar.
    Einige Wochen später, als die beiden Hochenergie-Protonenstrahlen tatsächlich miteinander kollidierten, stand in der New York Times ein Nachrichtenartikel auf der ersten Seite mit dem Titel: »Beschleuniger stellt Rekord auf, und Europa übernimmt die Führungsrolle der Vereinigten Staaten.« Die Rekordenergie, über die von den früheren Nachrichten berichtet wurde, sollte nun nur der erste in einer Reihe von Meilensteinen sein, die in diesem Jahrzehnt vom LHC aufgestellt werden sollten.
    Der LHC erforscht jetzt die winzigsten Abstände, die je untersucht wurden. Gleichzeitig werden durch Satelliten- und Teleskopbeobachtungen die größten Skalen im Kosmos erforscht, wobei die Beschleunigungsrate seiner Expansion gemessen und Einzelheiten der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung untersucht werden, die aus der Zeit des Urknalls übriggeblieben ist.
    Gegenwärtig verstehen wir zwar eine ganze Menge vom Aufbau