Fortschritt
Die gemachten Fortschritte können sich sehen lassen: Die heute erreichbaren Teilchenenergie, Lumineszenzen, Brillianzen, Emittanzen und Ströme sind um Faktor X größer.
Gegen Ende ihrer ersten 100 Jahre hat sich die Beschleunigerforschung selbst zu einer immer raffinierteren und effizienteren Maschine entwickelt. Die Beschleunigerforschung ist heute eine eigenständige Disziplin, mit eigenen Themen, Methoden und Testanlagen, mit jährlichen internationalen Konferenzen, an denen jeweils rund 1500 Personen teilnehmen, mit fast zwei Dutzend andere regelmäßig stattfindende Konferenzen und Workshops zu Themen von der Computermodellierung bis zu Beschleunigertechnologien sowie eigenen von Fachkollegen begutachtete Zeitschriften wie etwa Physical Review Accelerators and Beams, die 2018 ihr 20-jähriges Bestehen erreichte.
Entwicklung der Anzahl der in der Proteindatenbank (PDB) aufgelisteten Einträge. Das PDB-Projekt wurde in den 1970er Jahren als Datenbank für die dreidimensionalen Strukturdaten großer biologischer Moleküle wie Proteine und Nukleinsäuren ins Leben gerufen. Die grauen Balken repräsentieren alle angewandten Techniken (Röntgenkristallographie, NMR-Spektroskopie oder Kryo-Elektronenmikroskopie). Die dunkelgrauen Balken stehen für die Röntgenkristallographie, die roten Balken für die Röntgenkristallographie an beschleunigerbetriebenen Lichtquellen. Datenquelle: PDB, erstellt von: DR
Wie lässt sich der Einfluss von Teilchenbeschleunigern auf die Physik quantitativ schätzen? Eine Methode besteht darin, die Begründungen des Komitees für den Nobelpreis für Physik nach entsprechenden Bezügen zu untersuchen: Bei knapp 30 Prozent aller Physik-Nobelpreise spielten Teilchenbeschleuniger eine entscheidende Rolle oder: Im Schnitt wird alle drei Jahre ein Physik-Nobelpreis vergeben, der ohne Beschleuniger so nicht denkbar wäre.
Im Alltag steht Beschleunigung für Geschwindigkeitszunahme. Nach Einsteins Relativitätstheorie kann jedoch nichts aufs Überrlichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. In alten TV-Geräten rasten Elektronen bereits mit einem Drittel Lichtgeschwindigkeit auf die TV-Zuschauer zu. Je näher man sich dem absoluten Gescwindigkeitslimit nähert, umso aufwendiger wird es und ums kleiner die absolute Zunahme. Den derzeitigen Rekord stellte der Vorgänger des LHC, der Large Electron-Positron Collider auf: 99,99999999869 %.
Zwar kann auch der größte Beschleuniger fast lichtschnelle Elektronen nicht mehr viel schneller machen, er kann aber die Bewegungsenergie der Teilchen erhöhen. An immer größere Energie ist die Teilchenphysik interessiert, die untersucht, was für Teilchen aus dieser Energie entstehen können. Das erklärt auch den Zweitnamen Hochenergiephysik.
Da Protonen 2000-mal schwerer sind als Elektronen, sind sie nicht so flink so schnell wie das Licht. Das verkompliziert deren Beschleunigung aus der Ruhe heraus, weil für die verschiedenen Geschwindigkeitsbereiche die Geschwindigkeitszunahme bedacht werden muss.
Protonen sind rund 2000-mal schwerer als Elektronen und damit die Luminosität eines Colliders beschreibt, wie viele Teilchen wir in einer bestimmten Zeit durch einen bestimmten Raum pressen können. Das bedeutet nicht, dass diese Teilchen alle kollidieren werden, aber je mehr wir uns in einen gegebenen Raum zwängen können, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie kollidieren.
Die Emittanz beschreibt das Auseinanderdriften eines Strahles beschleunigter Teilchen. Je kleiner der Querschnitt und je paraleller die Teilchenbahnen, umso kleiner die Emittanz.
Die Luminosität ist eine wichtige Größe für die Teilchenphysik. Aus ihr ergibt sich die Zahl der beobachtbaren Teilchenreaktionen. Je höher sie ist, umso verläslicher sind die Aussagen, die statistisch in ihrem Wesen sind.
Sie beschreibt, wie viele Teilchen wir in einer bestimmten Zeit durch einen bestimmten Raum pressen können. Das bedeutet nicht, dass diese Teilchen alle kollidieren werden, aber je mehr wir uns in einen gegebenen Raum zwängen können, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie kollidieren.
Beschleunigerbasierte Lichtquelle sind die brilliantesten Lichtquellen auf der Erde. Fortschritte der Beschleunigerfortschung haben Lichtquellen für die Forschung von Generation zu Generation brillianter werden lassen. Mit Freie-Elektronen-Lasern stehen der Forschung seit 20XX noch einmal n Größenordnungen brillianter Lichtquellen.