Glossar

ALICE

ALICE ist einer der LHC-Detektoren. Hier werden die Zusammenstöße von schweren Blei-Ionen beobachtet, um einen Materiezustand zu untersuchen, wie er kurz nach dem Urknall existiert haben soll: das Quark-Gluon-Plasma.

Der ALICE-Detektor ist 16 Meter hoch, 16 Meter breit und 26 Meter lang. Er wiegt rund 10.000 Tonnen. Am ALICE-Experiment nehmen mehr als 1000 Wissenschaftler teil, aus 94 Instituten in 28 Ländern (Stand 2006). Die Abkürzung ALICE steht für "A Large Ion Collider Experiment".

Antimaterie

Zu jedem Elementarteilchen gibt es ein so genanntes Antiteilchen. Es hat genau die gleichen Eigenschaften wie das entsprechende Elementarteilchen, beispielsweise exakt dieselbe Masse. Seine Ladungen sind allerdings entgegengesetzt. So ist das Antiteilchen des negativ geladenen Elektrons das positiv geladene Positron. Wenn Teilchen und Antiteilchen aufeinander treffen, vernichten sie sich gegenseitig.

In der frühen Entstehungsphase unseres Universums standen die Erzeugung und die Vernichtung von Teilchen in einem Gleichgewicht. Nach wenigen Sekunden war das Universum aber soweit abgekühlt, dass sich nur noch Teilchen-Antiteilchen-Paare vernichteten, aber keine neuen mehr entstanden. Spuren dieses Vernichtungsprozesses sehen wir heute noch: die Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Gemäß dieser Vorstellung müsste sich allerdings alle entstandene Materie und Antimaterie vernichtet haben. Nun bestehen aber die Sonne, die Planeten und alles andere im Universum aus "normaler" Materie. Materie und Antimaterie können sich also nicht vollständig vernichtet haben. Man vermutet daher, dass es in der Frühphase des Universums Zerfälle von Teilchen gab, die etwas mehr Materie als Antimaterie erzeugt haben. Der nach der Vernichtung übrig gebliebene winzige Überschuß bildet heute die gesamte sichtbare Materie unseres Universums.

Mit Hilfe des LHC werden Wissenschaftler nach winzigen Unterschieden beim Zerfall von Materie- und Antimaterieteilchen suchen, die dieses Ungleichgewicht, das man in der Physik als Symmetrieverletzung bezeichnet, erklären könnten. Im Rahmen des Standardmodells tritt eine solche Symmetrieverletzung zwar auf, sie kann aber das Missverhältnis zwischen Materie und Antimaterie nicht erklären. Es muss somit eine weitere, bisher unentdeckte Quelle für die Symmetrieverletzung jenseits des uns bekannten Standardmodells geben. Alle Detektoren am LHC werden nach diesen zusätzlichen Effekten suchen.

Das LHCb-Experiment – benannt nach dem Beauty-Quark, in dessen Wechselwirkungen Physiker Hinweise auf die Symmetrieverletzung vermuten – wird hierbei eine zentrale Rolle spielen. Mit LHCb werden B-Mesonen erzeugt, Teilchen, die ein Beauty-Quark enthalten. Die hochpräzise Messung der Zerfälle dieser B-Mesonen könnte Hinweise auf bisher unbeobachtete symmetrieverletzende Prozesse liefern, die erklären, wie bei der Vernichtung von beispielsweise einer Milliarde Materieteilchen mit ihren Antiteilchen genau ein Materieteilchen übrigblieb.

Astrophysik

Die Astrophysik beschäftigt sich mit den physikalischen Grundlagen der Erforschung von Himmelserscheinungen. Die Wissensgebiete der Astrophysik und der Astronomie sind nicht strikt voneinander trennbar, sie betonen allerdings verschiedene Aspekte: Klassischer Weise beschäftigt sich die Astronomie mit der Beobachtung, Messung und Vermessung von Himmelsobjekten (Sternhaufen, Quasare, Galaxien, Nebel, Neutronensterne, Pulsare, Sterne, Planeten, Monde, Kometen, usw.) und der Interpretation der durch Beobachtung gewonnenen Messdaten bezüglich der Objekte selbst (Klassifizierung) sowie deren Entfernung, Lage etc. Dem gegenüber beschäftigen sich Astrophysiker mit den physikalischen Prozessen, die die spezifischen beobachtbaren Himmelserscheinungen hervorrufen.

ATLAS

ATLAS ist einer der beiden Vielzweck-Detektoren am LHC. Wie bei CMS werden hier mehrere physikalische Fragestellungen verfolgt: Insbesondere wird die Entdeckung der so genannten Higgs-Teilchen erwartet. Dabei handelt es sich um Teilchen, die mit der Entstehung von Masse in unserem Universum in Verbindung gebracht werden. Zudem wird der Existenz supersymmetrischer Teilchen und zusätzlicher Raumdimensionen nachgegangen. Ferner soll die so genannte CP-Verletzung untersucht werden, die ein wesentlicher Puzzlestein bei der Frage darstellt, wieso in unserem Universum mehr Materie als Antimaterie vorkommt. ATLAS wird auch dem Wesen dunkler Materie und dunkler Energie nachgehen. ATLAS hat einen Durchmesser von 25 Meter und eine Länge von 46 Meter. ATLAS ist damit rund halb so groß wie die Kirche Notre-Dame in Paris und der größte Teilchendetektor, der jemals an einem Teilchenbeschleuniger gebaut wurde. Der Detektor wiegt 7000 Tonnen. Der Detektor ist von innen nach außen in drei Bereiche gegliedert. Der innere Detektor dient der Messung von Teilchenspuren. In der Mitte befinden sich Kalorimeter zur Bestimmung der Energie der Teilchen. Daran schließen sich außen die so genannten Myonkammern an, mit denen Myonen, die schweren Vettern der Elektronen, aufgespürt werden. Der ganze Detektor befindet sich in einem sehr starken Magnetfeld, das die Bahnen der entstehenden Teilchen krümmt. Das Magnetsystem setzt sich aus verschiedenen Elementen zusammen. Im Inneren des Detektors befindet sich eine Zylinderspule (Solenoid) von 5,3 Meter Länge und mit einem Durchmesser von 2,4 Meter. Zwischen Kalorimeter und Myonsystem befindet sich zudem ein supraleitendes Toroid-System, mit dem ein Magnetfeld einer Stärke von 4 Tesla erzeugt werden kann. Am ATLAS-Experiment nehmen über 1700 Wissenschaftler teil, von mehr als 159 Instituten in 37 Ländern (Stand 2006). Die Abkürzung ATLAS steht für "A Toroidal LHC ApparatuS ", wo bei sich das "Toroidal" auf das äußere Magnetsystem bezieht.

CERN

CERN ist das weltgrößte Forschungszentrum für Teilchenphysik. Es liegt an der schweizerisch-französischen Grenze in der Nähe von Genf. CERN beherbergt und betreibt den LHC.


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