Energie verwandelt sich in Materie

Beschleunigung verleiht Energie: Fällt dir ein Tennisball auf den Fuß, so spürst du das kaum. Trifft dich ein solcher Ball aber mit hoher Geschwindigkeit auf die Nase, kann er dich ernsthaft verletzen. Warum? Weil der Ball mit zunehmender Geschwindigkeit mehr Energie erhält, und diese Energie wird beim Auftreffen wieder frei. Der Hauptzweck eines Beschleunigers besteht darin, den Teilchen Energie zuzuführen, indem sie auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden.

Konzentrierte Energie verwandelt sich in Materie: Die Umwandlung von Energie in Materie ist nicht eine Frage der Menge, sondern der Konzentration. Wenn hochenergetische, schnelle Teilchen in ausreichender Zahl auf kleinem Raum komprimiert werden, können beim Aufprall auf ein beliebiges Objekt oder beim gegenseitigen Zusammenprall daraus neue Teilchen entstehen.

Materie entsteht — aber in winzigen Mengen: In den Energie verschlingenden Beschleunigern wird nicht viel Materie produziert. Gemäß einer offiziellen Veröffentlichung von CERN „ist in all den Versuchen der letzten 25 Jahre nicht mehr als ein Milligramm Materie erzeugt worden“.

Nun dauert es nur noch gut eine halbe Sekunde, bis wir den Beschleuniger in Gruppen von zehn Billionen Teilchen wieder verlassen. Nachdem wir aus dem Beschleuniger hinausgelenkt worden sind, werden wir auf ein Target aufprallen, das je nach Art des Experiments eine Metallplatte, ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann. Ein Teil unserer Energie, die beim Zusammenstoß zwischen Protonen und Targetteilchen freigesetzt wird, verwandelt sich meist kurzzeitig in Materie. Das ist in etwa das Gegenteil von dem, was in einem Kernreaktor geschieht, wo Materie in Energie umgewandelt wird. Die Bruchstücke, die bei der Kollision entstehen, werden mit Hilfe von aufwendigen Detektoren und leistungsfähigen Computern analysiert.