Energie der Teilchen im Teilchenbeschleuniger

Vor kurzem bin ich auf etwas gestoßen und war überrascht. Ich dachte immer, dass in der Teilchenphysik eine enorme Energiemenge erforderlich ist, um Teilchen im Beschleuniger zu beschleunigen. Aber wie es aussieht, nein. Die Spitzenenergie von Protonenstrahlen am LHC beträgt jetzt etwa 7 Billionen Elektronenvolt (TeV), was nur etwa 0,00000121 J entspricht. Die Energie, die in Teilchenbeschleuniger involviert ist, ist dann nicht so viel, oder übersehe ich etwas.? Da die Masse dieser Teilchen so klein ist, muss ihre Geschwindigkeit möglicherweise sehr hoch sein, um so viel Energie zu erhalten, und möglicherweise ist das die große Sache.?

7 TeV sind über 11 Erg! 7000 Mal mehr als die Masse eines Protons ist nicht viel? Im Moment des Aufpralls sind die Protonen energetisch hauptsächlich kinetische Energie. Wie definierst du "so viel"?
@CosmasZachos Ich denke, das OP bedeutet, dass die LHC-Energie im Vergleich zu anderen Energieskalen in der Natur nicht so hoch ist, zum Beispiel in dieser Liste (die auch den LHC-Wert enthält) hier - en.wikipedia.org/wiki/Orders_of_magnitude_(energy)
Ebenso ist die Energie von Superlasern auch nicht "so viel". Entscheidend ist nicht die absolute Energiemenge, sondern ihre Intensität, Konzentration in der geringen Menge an Materie, wie im LHC, oder in kleinem Volumen und Zeitfenster, wie die Laserleistung der Fusionsprojekte.
Stellen Sie sich die Energie vor, die benötigt wird, um 1 g Protonen zu beschleunigen. Sie würden Energie benötigen, die der Vernichtung von 2x3,5 kg Materie und Antimaterie entspricht. Oder Fusion von etwa 1000 kg Wasserstoff zu Helium, wenn ich mich recht erinnere.
Sean Carroll erwähnt in einem seiner Bücher, dass die Gesamtenergie aller 500 Billionen Protonen mit der einer „herausrasenden Lokomotive“ vergleichbar sei.
Bitte mischen Sie die von der Maschine benötigte Energie nicht mit der Energie, die durch die beschleunigten Teilchen erreicht wird. (Außerdem gibt es, wie andere betonen, noch mehr zu beachten.)

Antworten (3)

Ja, dir fehlt etwas. Erstens ist 7 TeV die Energie jedes Protons. Der LHC-Strahl enthält 300 Billionen Protonen! Zweitens verlieren die Protonen kontinuierlich Energie, wenn sie Synchrotronstrahlung ausstrahlen, sodass Sie kontinuierlich Energie aufbringen müssen, nur um sie mit der gleichen Geschwindigkeit herumlaufen zu lassen.

300 ⋅ 10 12 Teilchen mal 0,00000121 J gibt 363 M J ...
"Zweitens verlieren die Protonen kontinuierlich Energie [...], also muss man kontinuierlich Energie aufbringen, nur um sie mit der gleichen Geschwindigkeit herumlaufen zu lassen." Und Sie müssen die Magnete unter Spannung halten und das Kühlmittel für die supraleitenden Teile gekühlt halten und so weiter. Die Stromkosten sind so hoch, dass die Betreiber großer Beschleuniger die Stromversorger anrufen, um ihnen im Voraus mitzuteilen, wann sie die Maschine ernsthaft hochfahren werden, damit das Energieunternehmen sicherstellen kann, dass sie online über genügend Reservekapazität verfügen die Nachfrage bewältigen (sie könnten sehr gut ein zusätzliches Kraftwerk aufstellen).

Ein Teilchenbeschleuniger arbeitet nicht mit einem Teilchen auf einmal. Zu jedem Zeitpunkt werden Milliarden von Teilchen in einem Strahl verteilt sein (normalerweise mit Bündeln darin). Da sie geladen sind, stellen die Teilchen im Strahl einen Strom dar . Die elektrische Leistung ist (Strom x Spannung) und als solche packt der Strahl genug Schläge, um Löcher in das Strahlrohr zu reißen und die Ausrüstung in der Nähe zu verwüsten, wenn er außer Kontrolle gerät.

Aus Wikipedia: "Während des Betriebs beträgt die in den Magneten gespeicherte Gesamtenergie 10 GJ (2.400 Kilogramm TNT) und die von den beiden Strahlen getragene Gesamtenergie erreicht 724 MJ (173 Kilogramm TNT)"

Energie der Teilchen im Teilchenbeschleuniger
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