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<title>Colliding-Beam-Experiment</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Colliding-Beam-Experiment</span></h1>

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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Ein <b>Colliding-Beam-Experiment</b> (<a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">engl.</a> <i><span lang="en">collide</span></i> ‚zusammenstoßen‘ und <i><span lang="en">beam</span></i> ‚Strahl‘) ist ein Experiment der <a href="Teilchenphysik" title="Teilchenphysik">Teilchenphysik</a>, bei dem zwei gegenläufige Strahlen beschleunigter Teilchen aufeinandertreffen und die <a href="Sto%C3%9F_(Physik)" title="Stoß (Physik)">Stoß</a>vorgänge zwischen den Teilchen beobachtet werden.

</p><p>Es unterscheidet sich damit vom <i>Targetexperiment</i>, bei dem ein Strahl beschleunigter Teilchen auf <i>ruhende</i> Materie trifft, nämlich auf das <a href="Target_(Physik)" title="Target (Physik)">Target</a>. In Colliding-Beam-Experimenten können Teilchenreaktionen mit wesentlich höheren <a href="Energie" title="Energie">Energie</a>umsätzen als in Targetexperimenten ausgelöst werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Vergleich_mit_einem_Targetexperiment">Vergleich mit einem Targetexperiment</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Vorteil">Vorteil</h3></div>

<p>Vor jedem Stoßvorgang zweier Teilchen liegt ihr gemeinsamer <a href="Massenmittelpunkt" title="Massenmittelpunkt">Schwerpunkt</a> stets auf der Verbindungsgeraden der Teilchen, und sein Ort auf der Geraden ist durch das Verhältnis der beiden <a href="Masse_(Physik)" title="Masse (Physik)">Massen</a> bestimmt.

</p><p>Bei einem Targetexperiment bewegt sich der Schwerpunkt demnach bis zum Stoß auf das Targetteilchen zu. Dieser Mitbewegung des Schwerpunkts entspricht ein <a href="Impuls_(Physik)" class="mw-redirect" title="Impuls (Physik)">Impuls</a>. Da der Impuls eine <a href="Erhaltungsgr%C3%B6%C3%9Fe" class="mw-redirect" title="Erhaltungsgröße">Erhaltungsgröße</a> ist, treten als Ergebnis des Stoßes immer nur solche Vorgänge auf, bei denen der Schwerpunkt diesen Impuls nach Richtung und Betrag beibehält. Er behält damit auch eine entsprechende <a href="Kinetische_Energie" title="Kinetische Energie">kinetische Energie</a> bei, und nur die übrig bleibende Energie, die <a href="Schwerpunktsenergie" title="Schwerpunktsenergie">Schwerpunktsenergie</a>, steht zur Umwandlung in andere Formen zur Verfügung, etwa in Masse neu gebildeter Teilchen (siehe auch <a href="Kinematik_(Teilchenprozesse)" title="Kinematik (Teilchenprozesse)">Kinematik (Teilchenprozesse)</a>).

</p><p>Im Colliding-Beam-Experiment lässt sich die Mitbewegung des Schwerpunkts verringern oder fast ganz vermeiden, indem man für annähernd entgegengesetzt gleiche Impulsvektoren der beiden Teilchen sorgt. Das <a href="Schwerpunktsystem" title="Schwerpunktsystem">Schwerpunktsystem</a> fällt dann mit dem <a href="Laborsystem" title="Laborsystem">Laborsystem</a> (fast) zusammen, und die Schwerpunktsenergie ist (fast) gleich der Summe beider Teilchen-<a href="Gesamtenergie" title="Gesamtenergie">Gesamtenergien</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Nachteil">Nachteil</h3></div>

<p>Die <a href="Teilchendichte" title="Teilchendichte">Teilchendichte</a> in einem Beschleunigerstrahl ist um Größenordnungen geringer als diejenige eines Targets, selbst eines gasförmigen Targets. Entsprechend kleiner ist die Ausbeute an Stoßvorgängen. Colliding-Beam-Experimente erfordern daher Strahlen hoher Intensität (Stromstärke). Allerdings haben die Teilchen, sofern sie auf ringförmigen Bahnen umlaufen, nicht nur je eine, sondern viele sich wiederholende „Gelegenheiten“ zum Zusammenstoß.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Durchführung"><span id="Durchf.C3.BChrung"></span>Durchführung</h2></div>

<p>Colliding-Beam-Experimente werden an <a href="Collider" class="mw-redirect" title="Collider">Collider</a>-Anlagen wie z. B. dem <a href="Large_Hadron_Collider" title="Large Hadron Collider">LHC</a> durchgeführt. Meist handelt es sich um Teilchen-<a href="Antiteilchen" title="Antiteilchen">Antiteilchen</a>-Stöße (<a href="Elektron" title="Elektron">Elektron</a>-<a href="Positron" title="Positron">Positron</a> oder <a href="Proton" title="Proton">Proton</a>-<a href="Antiproton" title="Antiproton">Antiproton</a>), es stoßen also Teilchen gleicher Masse zusammen. Ein Beispiel für ein solches Experiment ist das <a href="D0-Experiment" title="D0-Experiment">D0-Experiment</a> am <a href="Tevatron" title="Tevatron">Tevatron</a>.

</p><p>Colliding-Beam-Experimente mit Stoßpartnern verschiedener Masse, nämlich Proton und Elektron, wurden an der Anlage <a href="Deutsches_Elektronen-Synchrotron#HERA" title="Deutsches Elektronen-Synchrotron">HERA</a> durchgeführt. Mit Protonen von 920 <a href="GeV" class="mw-redirect" title="GeV">GeV</a> und Elektronen von 27,5 GeV wurde eine Schwerpunktsenergie von etwa 300 GeV erreicht.

</p><p>Die meisten bisherigen Collider (beispielsweise <a href="Large_Electron-Positron_Collider" title="Large Electron-Positron Collider">LEP</a>, <a href="Tevatron" title="Tevatron">Tevatron</a>, <a href="Relativistic_Heavy_Ion_Collider" title="Relativistic Heavy Ion Collider">RHIC</a>, LHC und der im Bau befindliche <a href="Facility_for_Antiproton_and_Ion_Research" title="Facility for Antiproton and Ion Research">FAIR</a>) arbeiten als <a href="Synchrotron" title="Synchrotron">Synchrotrons</a> und <a href="Speicherring" title="Speicherring">Speicherringe</a>. Bei leichten Teilchen wie Elektronen und Positronen in Ringbeschleunigern begrenzt aber die <a href="Synchrotronstrahlung" title="Synchrotronstrahlung">Synchrotronstrahlung</a> die erreichbare Energie. Collider-Anlagen für diese Teilchen, wie <a href="SLAC" class="mw-redirect" title="SLAC">SLAC</a> und der geplante <a href="International_Linear_Collider" title="International Linear Collider">ILC</a>, sind deshalb oft <a href="Linearbeschleuniger" title="Linearbeschleuniger">Linearbeschleuniger</a>, obwohl so nur ein sehr geringer Bruchteil der beschleunigten Teilchen zur Kollision gebracht werden kann.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Povh/Rith/Scholz/Zetsche: <cite style="font-style:italic">Teilchen und Kerne</cite>. 8. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-68075-8.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Colliding-Beam-Experiment&rft.au=Povh%2FRith%2FScholz%2FZetsche&rft.btitle=Teilchen+und+Kerne&rft.date=2009&rft.edition=8.&rft.genre=book&rft.isbn=9783540680758&rft.place=Berlin%2FHeidelberg&rft.pub=Springer" style="display:none"> </span></li>

<li>D. A. Edwards, M. J. Syphers, <i>An Introduction to the Physics of High-Energy Accelerators</i>, Wiley, 1993, ISBN 0-471-55163-5.</li>

<li>Frank Hinterberger, <i>Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik</i>, Springer, 2008, ISBN 978-3540752813.</li></ul></div><div><div class="zim-footer">

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