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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Bessere Teilchenbeschleuniger |
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| | | Um die noch verbliebenen Rätsel der Materie zu entschlüsseln, werden die dafür benötigten Teilchenbeschleuniger laufend verbessert. Die in den Beschleunigern umgesetzten Experimente benötigen allerdings scharf fokussierte Teilchenstrahlen mit hoher Dichte. Jetzt gelang es Physikern, die stark konzentrierten Teilchenstrahlen auch für Antiteilchen zu realisieren. Damit erweitert sich für die Wissenschaftler die Möglichkeit, die verschiedenen Zustände von Materie zu untersuchen. |
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Dies berichten Clive Field und seine Kollegen vom "Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)" in der aktuellen Ausgabe der "Physical Review Letters". Um stark fokussierte Teilchenstrahlen mit hoher Dichte zu bekommen, bedienen sich Forscher schon seit einigen Jahren so genannter Plasmen.
Diese Gemische aus freien Ionen (geladenen Teilchen) und Elektronen eines Gases verteilen sich beim Durchgang eines geladenen Teilchenstrahls auf eine Art und Weise, dass elektrische Felder des Teilchenstrahls 'kompensiert' werden.
Das magnetische Feld, das durch den Strahl hervorgerufen wird, bleibt dabei jedoch bestehen und presst den Teilchenstrahl dichter zusammen, d.h. er wird durch das Plasma linsenartig fokussiert. Diese Methode funktionierte allerdings bisher nur bei Elektronen, nicht aber bei ihren Antiteilchen, den Positronen.
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Artikel in den 'Physical Review Letters' (87(24): 244801; 2001 unter 'Observation of Plasma Focusing of a 28.5 GeV Positron Beam'
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Positronen und Antiteilchen
ein von C. D. Anderson 1932 entdecktes, positiv geladenes Elementarteilchen mit demselben Gewicht wie das Elektron und von sehr kurzer Lebensdauer. Das Positron ist das Antiteilchen des Elektrons. Es kann zusammen mit einem Elektron beim Aufprall von g-Strahlen auf Materie entstehen; beim Zusammenstoß mit einem Elektron zerstrahlen Positron und Elektron in Lichtquanten. Antiteilchen sind die zu jedem Elementarteilchen komplementären Teilchen von gleicher Masse, aber entgegengesetzter Ladung bzw. magnetischem Moment, das mit diesem zusammen als Paar erzeugt und vernichtet werden kann. Auch zu elektrisch neutralen Teilchen gibt es Antiteilchen. |
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Jetzt auch bei Antiteilchen |
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Ein Jahrzehnt schon arbeiten Physiker erfolgreich mit diesen Plasmalinsen, um Elektronen- und Ionenstrahlen zu fokussieren. Clive Field und seine Kollegen konnten jetzt mit dem Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) zeigen, dass sich dieses Prinzip auch bei Antiteilchen wie den Positronen (Antiteilchen zu Elektronen) verwirklichen lässt.
Sie feuerten dazu Positronen mit einer Energie von 28,5 Gigaelektronenvolt (GeV) in einen Stickstoffstrahl, den ein Laser zuvor ionisiert (geladen) hatte.
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ElektronenVolt
Abkürzung eV, in der Atomphysik benutzte Energieeinheit; die kinetische Energie, die ein Elektron beim Durchlaufen eines elektrischen Feldes von 1 Volt Potenzialdifferenz gewinnt; 1 eV = 1,602f10-19 Joule. 1 GeV=1 Milliarde eV |
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Hinter der Linse traf der Positronenstrahl auf Fasern aus Kohlenstoff, wobei diese eine bremsende Strahlung emittierten, die schließlich Aufschluss über das Strahlenprofil gab.
Wie die gewonnen Daten zeigten, war die Querschnittsfläche des Positronenstrahls nach Verlassen der Linse nur noch halb so groß wie ursprünglich, d.h. der Fokussierungseffekt gelang den Physikern auch erfolgreich bei Antiteilchen.
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Teilchenbeschleuniger
Gerät zur Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten für kernphysikalische Experimente. Die Beschleunigung erfolgt in elektrischen Feldern. Die mit einem Teilchenbeschleuniger erzielte kinetische Energie der Teilchen wird in GeV (Gigaelektronenvolt) angegeben. Man unterscheidet Linearbeschleuniger und Zirkularbeschleuniger (Teilchen werden durch magnetische Felder geführt ). Zirkularbeschleuniger sind Betatron, Zyklotron, Synchrotron. Einer der größten Teilchenbeschleuniger der Welt befindet sich in Batavia (USA); er ist auf 500 Mrd. eV berechnet, die Ringanlage hat einen Durchmesser von 1,6 km; in Westeuropa sind das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) bei Hamburg und das CERN bei Genf. |
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 Mehr zu Teilchenbeschleunigern |
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Hoffnung auf baldigen Einsatz |
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Die neue Technik lässt sich jetzt also auch bei den hochenergetischen Strahlen, die aus Antiteilchen wie den Positronen bestehen, für die Kollisionsexperimente in Teilchenbeschleunigern erkenntnisgewinnend nutzen.
Physiker hoffen, die neue Technologie sobald wie möglich in linear angeordneten Teilchenbeschleunigern einsetzen zu können.
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01.01.2010 |
