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Experimente
Die Augen der Teilchenphysiker
Experimente finden sowohl in Ring- als auch in Linearbeschleunigern statt. Es gibt zwei verschiedene Arten von Experimenten: das Fixed-Target-Experiment und das Colliding-Beam-Experiment.
Beim Fixed-Target-Experiment werden die in einem Beschleuniger auf hohe Energien gebrachten Teilchen in Pakenten (engl. bunch) auf eine ruhende Zielscheibe (engl. target) geschossen. Beim Colliding-Beam-Experiment werden ebenfalls Teilchenpakete verwendet. Sie werden entgegengesetzt beschleunigt, auf hohe Energien und an gezielt ausgewählten Punkten zur Kollision gebracht.
In beiden Experimenten kann man den Aufbau, die Stukturen, von kleinen Untersuchungsobjekten erforschen, es können aber auch bei hohen Energien der beschleunigten Teilchen neue Teilchen erzeugt werden.
In beiden Beschleunigerarten finden beide Arten von Experiment statt:
1. Fixed-Target-Experiment bei Linearbeschleunigern:
Es wird eine Sorte von Teilchen (z.B. Elektronen) auf einer linearen Strecke beschleunigt und auf ein Target geschossen. Es findet mit jedem Teilchenpaket nur eine Kollsion statt.
(Beispiele: Minos an einer Fermilab-Beamline, Isolde am PSB und Dirac am PS-Beschleuniger am CERN)
2. Colliding-Beam-Experiment mit einem Linearbeschleuniger:
In einem Linearbeschleuniger wird das ständige Umpolen der elektrischen Felder der Beschleunigerstrecken ausgenutzt, um dort Teilchen- und Antiteilchenpakete (mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen) zu beschleunigen, z.B. Elektronen und Positronen. Nach der Beschleunigerstrecke werden sie durch Magnetfelder getrennt und zur Kollision gebracht. Teilchenpakete können nur einmalig genutzt werden.
(Beispiel: BarBar am PEP-II Beschleuniger am SLAC)
3. Colliding-Beam-Experiment mit zwei Linearbeschleunigern:
Teilchenpakete werden auf zwei Linearbeschleunigern in entgegengesetzter Richtung beschleunigt und zur Kollision gebracht. Die Teilchenpakete können nur einmal genutzt werden.
(Beispiel: Experimente am ILC - zurzeit in Planung)
4. Fixed-Target-Experiment in Speicherringen:
Die Teilchenpakete zirkulieren in Speicherringen und treffen an fest vorgegebenen Stellen auf Targets, einige der Teilchen aus dem Paket reagieren mit dem Target, der Großteil passiert es jedoch und fliegt auf das nächste Target zu.
(Beispiele: HERA-B und HERMES am HERA-Beschleuniger am DESY)
5. Colliding-Beam-Experimente in Speicherringen mit Teilchenstrahlen aus Teilchen und Antiteilchen:
Man nutzt hier die entgegengesetzte elektrische Ladung und die gleiche Masse von Teilchen und Antiteilchen aus. Beide Teilchenarten werden in den elektrischen Beschleunigungsstrecken des Speicherrings entgegengesetzt beschleunigt und in den Ablenkmagneten in entgegengesetzter Richtung abgelenkt. Daher kann man beide Teilchenstrahlen in einer Beschleunigerröhre zirkulieren lassen und an den Orten der Kollisionen in Detektoren Untersuchungen vornehmen.
(Beispiel: Delphi und OPAL am LEP-Beschleuniger am CERN)
6. Colliding-Beam-Experiment in Speicherringen mit Teilchenstrahlen aus Teilchen unterschiedlicher Masse oder gleicher elektrischer Ladung: Hier benötigt man auf Grund der unterschiedlichen Masse oder gleichen elektrischen Ladung zwei Beschleunigerröhren. Jeder Teilchenstrahl wird in einer seperaten Röhre beschleunigt, an manchen Stellen werden die Röhren gekreuzt und dort die Teilchen zur Kollision gebracht.
(Beispiele: H1 und Zeus am HERA-Beschleuniger am DESY, ATLAS und CMS am LHC-Beschleuniger am CERN sowie LHCb - bei letzterem werden B-Mesonen untersucht, die größtenteils entlang einer der Strahlrichtungen fliegen. LHCb ähnelt daher im Aufbau einem Fixed-Target-Experiment.)
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