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Synchrotron

Ein Teilchenbeschleuniger, in dem Elementarteilchen in aufeinanderfolgenden Umläufen durch elektrische Felder immer weiter beschleunigt werden, während immer stärkere Magnetfelder sie auf ihrer Bahn halten. (Dass mit größerer Geschwindigkeit immer stärkere Magnetfelder benötigt werden, ist eine direkte Folge der relativistischen Massenzunahme.)

Definitioner

Elementarteilchen

Innerhalb der allgemein akzeptierten Modelle der Physik sind bestimmte Teilchen nicht aus noch fundamentaleren Unterteilchen aufgebaut - sie sind selbst elementar. Beispiele für Elementarteilchen sind Elektronen, Quarks und Neutrinos, während Teilchen wie Protonen oder Neutronen aus Untereinheiten bestehen und daher nicht elementar sind. Das Studium der Elementarteilchen wird als Teilchenphysik bezeichnet, unter welchem Stichwort einige weitere Informationen über den theoretischen Rahmen der Elementarteilchen zu finden sind.

Teilchenbeschleuniger

Die wichtigste experimentelle Methode der Elementarteilchenphysik besteht darin, elektrisch geladene Teilchen mit Hilfe elektrischer Kräfte zu beschleunigen, miteinander kollidieren zu lassen und aus dem Ergebnis der Kollision Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Teilchen und ihrer Wechselwirkungen zu ziehen. Um das Verhalten von Teilchen im Beschleuniger zu berechnen und solche gewaltigen Maschinen zu planen, ist die aus der Speziellen Relativitätstheorie abgeleitete relativistische Mechanik unabdingbar. Im Zusammenhang mit der Allgmeinen Relativitätstheorie, genauer: in einigen auf den Ideen der Stringtheorie basierenden Modellen, besteht die Möglichkeit, dass in Teilchenbeschleunigern wie dem LHC winzige Schwarze Löcher erzeugt werden könnten (weitere Informationen bietet das Vertiefungsthema Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern?).

Geschwindigkeit

In der Physik hat Geschwindigkeit zwei Aspekte: Erstens, wie im Alltag: wie schnell ist ein Objekt? Zweitens, etwas ungewohnter: in welche Richtung bewegt es sich? Physiker fassen diese beiden Informationen in einer einzigen Größe zusammen, einer "gerichteten Größe" oder einem "Vektor", den sie die Geschwindigkeit des Objekts nennen. Im Alltag ist mit Geschwindigkeit oft nur die Schnelligkeit gemeint, und der physikalische Sprachgebrauch ist daher etwas gewöhnungsbedürftig: Ein Auto, das mit 100 Stundenkilometern um die Kurve fährt, ändert seine Bewegungsrichtung und damit im Sprachgebrauch der Physiker auch seine Geschwindigkeit – obwohl es während der Kurvenfahrt immer gleich schnell ist.

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