Warum sind die Partikel im LHC so langsam?

[Namenloser]

Sorry für die dumme Frage :stupid:

Ich habe mich vor einiger Zeit durchgerungen, Twitter beizutreten und verfolge dort unter anderem CERN. Dort wird immer darüber berichtet, wenn die Partikel einzelne Stationen passieren. Ich bin darüber etwas verwundert: Sollen die Partikel im LHC nicht auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden? Dass es lange dauert, bis die Endgeschwindigkeit erreicht wird, ist klar, aber die paar Partikel haben doch kaum Masse - es kann doch nicht SO lange dauern: Ein Auto ist schließlich tonnenschwer und braucht für 100 km/h in der Regel nur ein paar Sekunden.

Warum brauchen die Partikel dann mehrere Stunden von einer Station zur anderen?

[Medium]

Was genau ist jetzt das Problem?
1) Die Partikel brauchen lange um auf ihre Sollgeschwindigkeit zu kommen
2) Sie brauchen lange zwischen Stationen

[Namenloser]

Zitat:

Zitat von Medium

Was genau ist jetzt das Problem?

Ein Problem gibt es nicht, ich frage mich nur, warum die Partikel so lange zwischen den Stationen brauchen. Der LHC ist laut Wikipedia doch "nur" 27km lang. So ein paar Partikel sollten sich doch eigentlich recht schnell beschleunigen lassen - vor allem wenn das Ziel ist, annähernd Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

[Mithrandir]

Zur Beschleunigung sagt das Wiki:

Zitat:

Zuerst werden die Protonen in einem Linearbeschleuniger auf eine Energie von 50 MeV gebracht. Danach werden sie mittels der bereits vor dem Bau des LHC existierenden Ringe des Proton Synchrotron Booster, des Proton Synchrotron und des Super Proton Synchrotron auf 450 GeV beschleunigt, bis sie schließlich in den Hauptring des LHC eingefädelt werden und dort ihre endgültige Energie von 7 TeV erreichen. Die Beschleunigung der Protonen erfolgt nach dem Synchrotronprinzip durch ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld und dauert etwa 20 Minuten

Wie kommst du auf Stunden? :gruebel:

[Nikolas]

Zitat:

Partikel haben doch kaum Masse

Das ist das zentrale Problem. Wovon du redest, ist die Ruhemasse eines Teilchens. Wird das Teilchen beschleunigt, nimmt seine Masse mit der Geschwindigkeit zu. Die erhöhte Masse muss dann bei der weiteren Beschleunigung zusätzlich beschnleunigt werden.
Es wird also immer schwieriger, die Teilchen zu beschleunigen, je schneller sie sind. Wenn sich die Geschwindigkeit der Lichgeschwindigkeit annähert, geht die Masse gegen unendlich, es ist somit unmöglich, dass eines der beschleunigten Teilchen jemals Lichtgeschwindigkeit erreicht.

[Namenloser]

Zitat:

Zitat von Daniel G

Wie kommst du auf Stunden? :gruebel:

Twitter-Log:

Zitat:

19:23 CERN: Beam has passed point 5 (the CMS experiment) and arrived at point 6.
[...]
20:27 CERN: Beam has just arrived at Point 7 - just three more sectors to go!

Zitat:

Zitat von Nikolas

Zitat:

Partikel haben doch kaum Masse

Das ist das zentrale Problem. Wovon du redest, ist die Ruhemasse eines Teilchens. Wird das Teilchen beschleunigt, nimmt seine Masse mit der Geschwindigkeit zu. Die erhöhte Masse muss dann bei der weiteren Beschleunigung zusätzlich beschnleunigt werden.
Es wird also immer schwieriger, die Teilchen zu beschleunigen, je schneller sie sind. Wenn sich die Geschwindigkeit der Lichgeschwindigkeit annähert, geht die Masse gegen unendlich, es ist somit unmöglich, dass eines der beschleunigten Teilchen jemals Lichtgeschwindigkeit erreicht.

Das ist mir bewusst, aber dieser Effekt dürfte doch bei den anscheinend langsamen Geschwindigkeiten kaum eine Rolle spielen.

Neuester Tweet übrigens:

Zitat:

Beam 1 has made more than 500 turns of the LHC. The beam orbit is improving fast.

Vielleicht haben sie den LHC auch einfach erst sehr langsam anlaufen lassen.

Edit: Übrigens, wie groß wird die Masse eines Teilchens am Ende sein?

[himitsu]

Zu bedenken ist auch, daß die Teilchen 'ne "Menge" an Energie aufnehmen müssen und diese ihnen "geordnet/gerichtet" zuzuführen dauert auch etwas.

Von "Beam is at point 8 - two sectors to go!" bis "Beam has just arrived at Point 7" waren es nur knapp 4 Minuten, wenn ich mich richtig erinnere.

Und wenn ich das richtig verstanden hab, dann gibt es in dem 27 km-Ring mehrere "Bahnen" ... vomöglich meinen die mit "Station" die unterschiedlichen Module/Bahnen?

[Medium]

Zitat:

Zitat von NamenLozer

Zitat:

Zitat von Medium

Was genau ist jetzt das Problem?

Ein Problem gibt es nicht, ich frage mich nur, warum die Partikel so lange zwischen den Stationen brauchen. Der LHC ist laut Wikipedia doch "nur" 27km lang. So ein paar Partikel sollten sich doch eigentlich recht schnell beschleunigen lassen - vor allem wenn das Ziel ist, annähernd Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

Naja, du würfelst wieder die zwei Dinge zusammen ;). Es ist ein Unterschied ob sich die Teilchen schnell beschleunigen lassen, oder ob sie nachher schnell sind - das wollte ich mit meinem Nachfragen genauer haben. Weil wie schnell sie sich beschleunigen lassen hat ja erstmal nichts mit der Endgeschwindigkeit selbst zu tun, nur damit wie schnell diese erreicht ist.

Ich hab irgendwo mal gelesen (kann sogar auch die Wikipedia gewesen sein), dass nachher ein Teilchen den gesamten Ring in einer Sekunde mehrere hundert oder tausend Mal passiert. Jetzt ist die Frage noch wie so Detektoren arbeiten. Bei manchen ist es sicherlich nötig, dass ein Teilchen mit einem anderen wechselwirken muss, und das will dann ja auch erstmal getroffen werden. Das ist aber nur eine Spekulation. Zudem dauern die Auswertungen der Detektorergebnisse Stunden bis Tage bis Jahre - möglicherweise musste erstmal sicher gestellt werden dass da wirklich was am nächsten Gerät passiert ist, bevor man das mitteilt.


Das Problem der Beschleunigung hat himi ja schon ganz gut erklärt. Wie viel Masse bzw. Energie dabei in so ein kleines Ding geht lässt sich berechnen.

[Namenloser]

Zitat:

Zitat von Medium

Zitat:

Zitat von NamenLozer

Zitat:

Zitat von Medium

Was genau ist jetzt das Problem?

Ein Problem gibt es nicht, ich frage mich nur, warum die Partikel so lange zwischen den Stationen brauchen. Der LHC ist laut Wikipedia doch "nur" 27km lang. So ein paar Partikel sollten sich doch eigentlich recht schnell beschleunigen lassen - vor allem wenn das Ziel ist, annähernd Lichtgeschwindigkeit zu erreichen.

Naja, du würfelst wieder die zwei Dinge zusammen ;). Es ist ein Unterschied ob sich die Teilchen schnell beschleunigen lassen, oder ob sie nachher schnell sind - das wollte ich mit meinem Nachfragen genauer haben. Weil wie schnell sie sich beschleunigen lassen hat ja erstmal nichts mit der Endgeschwindigkeit selbst zu tun, nur damit wie schnell diese erreicht ist.

Ach, jetzt dreh mir doch nicht immer das Wort im Munde um :P
Bei einer Beschleunigung, die groß genug ist, um ein Teilchen in annehmbarer Zeit auf ca. 300 000km/s zu beschleunigen, würde man doch erwarten, dass zumindest ein paar tausend km/h schon recht kurz nach dem Start erreicht werden. Da der LHC nur 27 km lang ist, müsste das Teilchen schon bei nur 1000km/h den LHC pro Stunde doch zigmal durchlaufen.

Aber vielleicht ist mit "Point" bzw. "Sector" wirklich etwas anderes gemeint.

[Medium]

Ich mag nur präzise sein :mrgreen:

[Khabarakh]

Ich kann mich noch daran erinnern, dass sie beim ersten, misslungenen LHC-Start Sektion für Sektion freigeschaltet und dazwischen den Strahl kalibriert haben. Darüber dass diese Zeiten überhaupt nichts mit der Teilchengeschwindigkeit zu tun haben, dürften wir uns ja inzwischen einig sein :D . Wer Lust hat, kann ja selbst die Startgeschwindigkeit aus den genannten 450 GeV berechnen ;) .

[Luckie]

Aber bitte die Brotstulle von den Magneten nehmen. :mrgreen:

Hätte es den LHC vor dem ersten Relaisrechner gegeben, würden wir jetzt wahrscheinlich von Breads, anstatt von Bugs, sprechen. ;)

[Ralf Kaiser]

Zitat:

Zitat von Luckie

Hätte es den LHC vor dem ersten Relaisrechner gegeben, würden wir jetzt wahrscheinlich von Breads, anstatt von Bugs, sprechen. ;)

Cool. Ein Debugger wäre dann auf Deutsch ein "Krümelentferner" :mrgreen:

[Valle]

Hallo,

entschuldigt den Offtopic, aber ich habe auch gleich noch eine ähnliche Frage:

Hat jemand einen Link, in dem man einfach, aber doch möglichst weitgehend den Sinn und Zweck und die Funktionsweise des LHC erklärt bekommt? Leider hat keiner unserer Lehrer an der Schule eine Ahnung davon. Ich bin allerdings sehr interessiert darin, leider aber auch erste 10. Klasse, sodass da nicht viel Physik vorhanden ist. :?

Liebe Grüße,
Valentin

[himitsu]

Nja, in dem LHC werden Teilchen extrem beschleunigt, bzw mit viel Bewegungsenergie ausgestattet

und dann schaut man, was passiert, wenn diese Teilchen irgendwo reinrasen.


So kann man Teilchen tief in andere Stoffe reinschießen
oder Teilchen mit anderen Teilchen kollidieren lassen.

Ergebnisse von Letzerem sind z.B.
- rausbekommen, wie das damals beim Urknall war
- oder man läßt sich mal ein paar "neue" Teilchen oder gar Antiteilchen erstellen, welche manchmal entstechen, wenn zwei "normale" Teilchen mit sehr großer Energie zusammenprallen.

[Medium]

Die sollen mit der blöden "Kiste" vor allem endlich mal beweisen, dass die Stringtheorie ein passendes Modell ist :love:

Das ist echt noch so eine der Dinge die ich zu meiner Lebzeit wissen will: Kommt dat hin, oder war doch alles nur sehr eleganter Käse. Von mir aus könnse Mr. Greene da in Vollzeit für dran setzen und alle anderes ins Wartezimmer stapeln, der Bau + Unfall haben ja nu lange genuch gedauert *grmpf*

[himitsu]

Wie war das mit der Angst?

Man erzeuge ein paar Antiteilchen, welche ausversehn den Versuchsraum verlassen,
mit 'nem anderem Teilchen reagieren
und zum Schluß verschlingt ein Mini-Schwartes-Loch unsere Erde. :angel2:

[Ralf Kaiser]

Damit das nicht passiert werden ja dann auch Vögel aus der Zukunft geschickt die Brot in die Maschine werfen...(diese "Theorie" hat es wirklich gegeben, man achte bitte auf die Anführungszeichen) :mrgreen: :mrgreen:

=> Hier z.B.

[Namenloser]

@Medium:
Das, und ich will dass die Menschheit noch zu meinen Lebzeiten Sprungtore entwickelt :oops:

Zitat:

Zitat von Alfi001

Damit das nicht passiert werden ja dann auch Vögel aus der Zukunft geschickt die Brot in die Maschine werfen...(diese "Theorie" hat es wirklich gegeben, man achte bitte auf die Anführungszeichen) :mrgreen: :mrgreen:

=> Hier z.B.

Ach da hatte ich das gelesen :lol:

[Valle]

Zitat:

Zitat von himitsu

Nja, in dem LHC werden Teilchen extrem beschleunigt, bzw mit viel Bewegungsenergie ausgestattet[...]

Danke himitsu, aber so weit weiß ich auch schon selbst. Hört man ja überall. Mir ging es mehr um die wirklichen Details, die man auf Wikipedia leider kaum verstehen kann. Das ist ja mit vielen Sachen so. Ich habe mal versucht selbst herauszufinden, für was Volt, Watt und Ampere eigentlich stehen. Hab's nicht raus bekommen, aber nach den ersten 10 Minuten des Themas im Physikunterricht war dann alle klar. :roll:

Liebe Grüße,
Valentin

[himitsu]

Zitat:

Zitat von NamenLozer

Das, und ich will dass die Menschheit noch zu meinen Lebzeiten Sprungtore entwickelt :oops:

Beamen ist schon möglich (einzelne Atome und Gruppen)

aber ob du ein paar tausend Jahre Zeit hast, bis alle Atome drüben sind, wobei mindestens 80% der Atome es nicht ganz oder garnicht schaffen ......

Und, wie Licht, getunnelt zu werden, ist auch nicht schön.
Umgerechnet müßtest du mit ein paar Millionen km/h gegen eine Mauer rennen und würdest dann aus einer anderen Mauer wieder rauskommen (wobei es auch hier nicht alle Teilchen durch schaffen :nerd: )

[Namenloser]

Zitat:

Zitat von himitsu

Beamen ist schon möglich (einzelne Atome und Gruppen)

Ich meine natürlich solche Sprungtore wie man sie aus SciFi-Filmen/-Spielen kennt :mrgreen:

[Medium]

@Valle: Hochenergie-/Teilchenphysik ist nun auch ein etwas anderes Kaliber als Elektrizität ;). Zumal es Gegenstand aktueller Forschung ist, wozu eine ganze Palette von Theorien existiert. Man kann daher nicht lernen: "Wie funktioniert das?", sondern nur: "Wie stellt sich ein Teil der Menschheit vor, dass man die Funktion beschreiben könnte?" - und dass alles letztlich aufgrund der schwierigen "Fassbarkeit" des ganzen auf Modellvorstellungen basieren muss, macht's auch nicht so viel einfacher.
Ich hab mal versucht mich in so ein paar Dinge einzulesen, aber ein fast abgeschlossenes Informatikstudium reicht bei WEITEM noch nicht aus, um auch nur ansatzweise die verwendete mathematische Symbolik für die noch spaßigere verwendete Mathematik zu durchblicken - egal bei welcher Theorie.

Konsumentenfreundlicheres als was die Wikipedia da bietet, hab ich auch noch nicht gefunden, bzw. wenn dann bleibt's doch immer arg oberflächlich.

Interessante Artikel die sich alle damit befassen (die englischen Versionen sind z.T. erheblich ergiebiger):
Grundlagen:
Standardmodell
Quantenmechanik
(Supersymmetrie)

Theorien (sicher nicht alle, aber eine prominente Auswahl):
Quantengravitation
Quantenschaum
Schleifenquantengravitation
Stringtheorie
M-Theorie

[Luckie]

Eventuell hilft hier auch Mr Feynman weiter. Insbesondere das Buch "Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie". Verständlich und unterhaltsam.

[Valle]

Zitat:

Zitat von Luckie

Eventuell hilft hier auch Mr Feynman weiter. Insbesondere das Buch "Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie". Verständlich und unterhaltsam.

Von dem hat mein Physik-Lehrer gesprochen, nur leider hat er den Namen nicht mehr exakt gewusst. Danke! :-)

Zitat:

Zitat von Medium

@Valle: Hochenergie-/Teilchenphysik ist nun auch ein etwas anderes Kaliber als Elektrizität ;)

Eben! Ich wollte damit ja auch sagen, dass nichtmal die elektrische Spannung für Laien verständlich erklärt ist, wie soll das dann erst mit derartig tiefgreifender Physik funktionieren. ;-)

Zitat:

Zitat von Medium

Interessante Artikel die sich alle damit befassen (die englischen Versionen sind z.T. erheblich ergiebiger):
Grundlagen:

Vielen Dank, jetzt habe ich wieder etwas interessanten Lesestoff! :-)

Liebe Grüße,
Valentin

[Luckie]

Zitat:

Zitat von Valle

Zitat:

Zitat von Luckie

Eventuell hilft hier auch Mr Feynman weiter. Insbesondere das Buch "Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie". Verständlich und unterhaltsam.

Von dem hat mein Physik-Lehrer gesprochen, nur leider hat er den Namen nicht mehr exakt gewusst. Danke! :-)

Ein Physikleherer dem der Name Feynman nicht einfällt? :shock: Tausch deinen Lehrer aus. ;)

PS: Die anderen Bücher, insbesondere "Sie belieben wohl zu scherzen Mr Feynman", sind auch sehr lesenswert auch wenn sie nicht viel mit Physik zu tun haben, sondern es mehr eine Autobiographie ist. Man erfährt aber, was für ein außergewöhnlicher Mensch Feynman war.

[divBy0]

Hier steht doch einiges... Link! (englisch)

[Sherlock]

Die Punkte Why? How? What? Auf dieser Seite sollten genug Lesestoff bieten http://lhc-machine-outreach.web.cern...hine-outreach/

Edit: Und schon ist was passiert: http://www.heise.de/newsticker/meldu...HC-867550.html

Sherlock

[Mithrandir]

Und nun ist es endlich mit voller Geschwindigkeit passiert... :)

[himitsu]

Joar, jetzt hat's einmal geknallt und nun stürzen die sich die nächsten Jahre auf die Daten, bevor es mal wieder in der Anlage rappelt.

[Balu der Bär]

Zitat:

Zitat von Daniel G

Und nun ist es endlich mit voller Geschwindigkeit passiert... :)

Endlich? Wir hätten alle tot sein können... :roll: :stupid:

[himitsu]

Zitat:

Zitat von Balu der Bär

Endlich? Wir hätten alle tot sein können... :roll: :stupid:

Nee, das passiert doch erst beim nächsten Versuch, wo man es dann mit übervoller Geschwindigkeit versucht ...
rein zufällig an dem Tag, wo auch der Majakalender ausläuft. :roll:

[Balu der Bär]

Gott sei Dank, dann haben wir ja noch etwas Zeit.

[ToFaceTeKilla]

Zitat:

In dem 27 Kilometer langen Ringtunnel wurden zwei Protonenbündel mit 3,5 Tera-Elektronenvolt aufeinandergeschossen. Die Kollision bei sieben Tera-Elektronenvolt ist 3,5 Mal stärker als in jedem früheren Teilchenbeschleuniger.

Da stimmt doch was nicht... :gruebel:

[Neutral General]

3,5 von "links" + 3,5 von "rechts" = 7 beim Aufprall

d.h. 7/3,5 waren es letztes mal beim Aufprall, d.h. =>

1 von "links" + 1 von "rechts" = 2 beim Aufprall

:wink:

[himitsu]

Zwei sich in entgegengesetzer Richtung rennender Elektronen, mit einer Energie von je 3,5 Tera-Elektronenvolt, knallen aufeinander.
2 * 3,5 = 7

Und die 3,5 Mal ... vielleicht schafften die alten Beschleuniger nur maximal 1 Tera-Elektronenvolt?


[edit]
@General: Sicher daß die nicht von vorn und hinten kamen? :lol:

[ToFaceTeKilla]

Achso :drunken:
Bin wohl noch nicht so ganz wach.

[BUG]

Hehe, die TAZ heute: "Treffen sich zwei Teilchen" :mrgreen: