Physik kleinster Teilchen

Mit Teilchenbeschleunigern lassen sich die Bausteine der Materie wie Elektronen, Protonen und Atomkerne auf hohe Energien bringen. Auf diese Weise werden immer neue Experimente in der Elementarteilchenphysik sowie in der Hadronen- und Kernphysik möglich.

Die Hadronen- und Kernphysik sucht nach einem grundlegenden und quantitativen Verständnis der Atomkerne und ihrer Bestandteile. Die Faszination dieses Forschungsgebiets beruht auf der Vielzahl der Phänomene, die durch die starke und die schwache Wechselwirkung – zwei der vier fundamentalen Kräfte der Natur – ausgelöst werden. So verblüfft die große Zahl von stabilen und instabilen Atomkernen, ebenso wie die Tatsache, dass Quarks und Gluonen als elementare Bausteine der Materie selbst bisher nie als freie Teilchen beobachtet wurden, sondern im Innern der Hadronen eingeschlossen sind. Aus dem Aufbau der Atomkerne lassen sich fundamentale Aufschlüsse über die Dynamik stark wechselwirkender Vielteilchensysteme gewinnen. Ebenso ergeben sich Erkenntnisse über astrophysikalische Abläufe wie die Elementsynthese im Universum und die Struktur von Neutronensternen.

Die Elementarteilchenphysik geht grundsätzlichen Fragen zum Aufbau unserer Welt nach: Was sind die kleinsten Bausteine der Materie, welche grundlegenden Kräfte wirken zwischen ihnen? Um Antworten darauf zu finden, lassen Wissenschaftler in Teilchenbeschleunigern beispielsweise verschiedene Teilchen kollidieren und analysieren die dabei entstehenden Partikel. Diese und weitere Experimente der Teilchen- sowie der Hadronen- und Kernphysik gilt es stetig neuen Fragestellungen anzupassen. Zudem werden Teilchenbeschleuniger mittlerweile in vielen Bereichen der Industrie, Technik und Medizin eingesetzt. Um den immer neuen Anforderungen hinsichtlich Intensität und Qualität der Teilchenstrahlen für die verschiedenen Anwendungen genügen zu können, sind ständige Weiterentwicklungen dieser Maschinen erforderlich.

Teilchenbeschleuniger