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Teilchenbeschleuniger

GFS Physik Mai 2014
by

Yanick Kloß

on 15 December 2014

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Transcript of Teilchenbeschleuniger

erste Auslösung von Kernreaktionen 1932 durch John Cockroft und Ernest Walton
Geschichte
Teilchenbeschleuniger
zur selben Zeit entstand das Zyklotron
Zyklotron
Betratron ab 1950
Betratron
Problem an Zyklotron und Betratron:
große Vakuumkammern nötig
starke Magnete
Optimierung
"Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire"
CERN
derzeit ca. 3200 Mitarbeiter
Organisation
20 Mitgliedstaaten aus ganz Europa
Finanzierung
eröffnet am 10. September 2008
Large Hadron Collider
beschossen leichte Atomkerne mit beschleunigten Protonen
"Kernzertrümmerung"
geladene Teilchen bewegen sich auf Spirale von innen nach außen
Beschleunigung durch Elektroden
Teilchenenergien bis zu einigen 100 MeV
Elektronen laufen auf spiralförmiger Bahn
werden durch eine Änderung des Magnetfeldes beschleunigt
Teilchenenergien bis zu 300 MeV
wirkungsvollere Ringbeschleuniger werden entwickelt
derzeit größter im CERN Institut
Einsatzbereiche
Physik:
Kernphysik
Teilchenphysik
Chemie
Medizin: Strahlentherapie
Industrie:
Durchstrahlungsprüfung
Strahlensterilisation
Lebensmittelbestrahlung
Europäische Organisation für Kernforschung
gegründet am 29. September 1954
Hauptsitz im Kanton Genf in der Schweiz
physikalische Grundlagenforschung (
Erforschung des Aufbaus der Materie)
weltgrößtes Forschungszentrum der Teilchenpysik
über 10.000 Gastwissenschaftler aus 85 Ländern
Jahresbudget bei circa 800 Millionen Euro
leistungsstärkster Teilchenbeschleuniger der Welt
über 10.000 Wissenschaftler und Techniker aus mehr als 100 Ländern waren am Bau beteiligt
Stufe 1
komprimierter Wasserstoff
negativ geladene Elektronen werden abgetrennt, Protonen bleiben übrig
Stufe 2
Protonenpäckchen wird aufgeteilt
4 Ringe, jeweils 107 Meter lang
Eletrisches Feld sorgt für Beschleunigung
Magnetfelder "biegen" die Päckchen in die Röhre
beschleunigt auf 91,6 % der Lichtgeschwindigkeit
"Booster"
Stufe 3
"Proton Synchrotron"
Protonen rasen 1,2 Sekunden lang durch den Ring
zugeführte Energie kann nun nicht mehr in kinetische Energie umgewandelt werden
erreichen 99,9 % der Lichtgeschwindigkeit
Teilchenenergie
zugefügte Energie wird nicht mehr in Geschwindgkeit, sondern in Masse umgewandelt
die Protonen können nicht mehr schneller werden, also werden sie schwerer
Teilchenenergie beträgt jetzt 25 GeV
Elektronenvolt
"Ein Elektronenvolt ist die Energiemenge, um welche die kinetische Energie eines Elektrons zunimmt, wenn es eine Beschleunigungsspannung von 1 Volt durchläuft."
Teilchenenergie von 25 Gigaelektronenvolt (GeV)
Protonen sind 25 mal schwerer als im Ruhezustand
Stufe 4
"Super Proton Synchrotron"
Stufe 5
"Large Hadron Collider"
dazu da, die schnellen Protonen aufzunehmen und noch mehr Energie hinzuzufügen
Teilchenenergie jetzt bei 450 GeV
Protonen 450 mal schwerer als im Ruhezustand
27 km lange Röhre bis zu 100 Meter unter der Erde
2 Vakuumröhren, durch die Protonen in entgegengesetzten Richtungen fliegen
neue Protonenpäckchen werden durch "Kicker" in die Bahn einsortiert
"Large Hadron Collider"
über 30 Minuten werden neue Protonenpäckchen auf die Bahn geschickt
in einer Sekunde fliegen sie über 11.000 mal durch den Ring
297.000 Kilometer pro Sekunde
534.600.000 km pro 30 Minuten
1390 mal zum Mond
3,5 mal zur Sonne
Voraussetzungen
Teilchenenergie bei 7 TeV
7000 GeV
99,9999991 % der Lichtgeschwindigkeit
fast 1.069.200.000 km/h
jedes Proton wiegt 7000 mal so viel wie im Ruhezustand
Magnete werden so stark gekühlt, dass es im LHC kälter ist als im Weltraum
Kollision
an 4 Stellen können Protonen zum kollidieren gebracht werden
Quark-Gluonen-Plasma
beim Aufprall lösen Quarks und Gluonen ihre Bindungen
es entsteht ein Zustand wie eine bis zehn Microsekunden nach dem Urknall
Bruchstücke fliegen durch Quark-Gluonen-Plasma
so wird beobachtet, auf welche Weise ein Quark seine Energie verliert
das sagt etwas über die Zähigkeit des "Klumpens" aus
Detektoren
Alice
Zylinder mit 16 Meter Durchmesser
26 Meter lang
10.000 Tonnen
Atlas
46 Meter lang
7000 Tonnen
"Kamera"
40 Millionen Bilder in der Sekunde
100 Millionen Pixel
Quellen
http://home.web.cern.ch/
http://www.spiegel.de/thema/teilchenbeschleuniger/
http://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/experimente/teilchenbeschleuniger/
http://de.wikipedia.org/wiki/Teilchenbeschleuniger
http://de.wikipedia.org/wiki/Quark_%28Physik%29
http://de.wikipedia.org/wiki/Gluon
http://www.spiegel.de/thema/higgs_boson/
http://de.wikipedia.org/wiki/CERN
http://press.web.cern.ch/facts-and-figures/factsheet-2013
http://cds.cern.ch/record/1457594?ln=de
http://de.wikipedia.org/wiki/Blue_Fire_Megacoaster
http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit
www.youtube.com/watch?v=Dtb40mhdLoE1
www.youtube.com/watch?v=sxAxV7g3yf81
www.youtube.com/watch?v=mL9XeopaOTY1
http://www.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fpress.web.cern.ch%2Fsites%2Fpress.web.cern.ch%2Ffiles%2Fu122%2Fstaff_2013_0.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fpress.web.cern.ch%2Ffacts-and-figures%2Ffactsheet-2013&h=460&w=635&tbnid=SN4DXvY-X-jjVM%3A&zoom=1&docid=qA2h7Xk4IJhRQM&ei=do5XU5TGIubF7AaAkID4Cw&tbm=isch&client=firefox-a&iact=rc&uact=3&dur=2238&page=1&start=0&ndsp=20&ved=0CFgQrQMwAA
http://www.google.de/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fug02.files.wordpress.com%2F2009%2F05%2Fstandard_cern2.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fug02.wordpress.com%2F2009%2F05%2F&h=540&w=612&tbnid=6f1cJp0Sx6ruYM%3A&zoom=1&docid=CXgPrKLHxXFgYM&ei=do5XU5TGIubF7AaAkID4Cw&tbm=isch&client=firefox-a&iact=rc&uact=3&dur=491&page=3&start=46&ndsp=26&ved=0CJgCEK0DMD4
die Energie beträgt dann 14 TeV
enorm hohe Energie beim Zusammenstoß
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