Preisträger

Renaissance in Sicht

Das LHeC-Projekt am CERN soll die Erfolgsgeschichte der tiefinelastischen Streuung fortsetzen.

  • Max Klein
  • 09 / 2013 Seite: 61

Der rund 60 Jahre alten Methode der Elektron-Nukleon-Streuung sind nicht nur wichtige Beiträge zur Herausbildung der Quantenchromodynamik als Theorie der starken Wechselwirkung zu verdanken, sondern auch viele Resultate zur Quark-Gluon-Struktur des Protons am HERA-Beschleuniger. Ein Elektron-Proton-Kollider viel höherer Luminosität und Energie, der LHeC, verspricht eine Renaissance der tief­inelastischen Elektron-Nukleon-Streuung und kann den LHC zu einer Präzisionsfabrik für das Higgs-Boson machen.

Bis 1955 galt das Proton als elementar und strukturlos. Dies änderte sich schlagartig, als in Stanford ein Elektronenstrahl mit damals noch geringer Energie auf ein Protonentarget geschossen und die Winkelverteilung der gestreuten Elektronen vermessen wurde. Da bei großen Polarwinkeln von mehr als 90° das Ergebnis von der theoretischen Erwartung abwich, musste das Proton einen endlichen Radius von etwa rp ≅ 0,7 fm haben, über den die elektrische Ladung ausgedehnt ist.
Bei diesem Streuexperiment erkundet ein zwischen Elektron und Proton ausgetauschtes virtuelles Photon die Protonstruktur. Dabei ergibt sich die Photonmasse aus dem Viererimpulsübertrag zwischen Elektron und Proton, Mγ2 = Q2. Die Elektronenstreuung an Protonen oder anderen Kernen entspricht einem Mikroskop, da Q2 indirekt proportional zum räumlichen Auflösungsvermögen ρ ist, mit​  √ Q2 ​ · ρ = 0,2 GeV · fm. Die zur Verfügung stehende Gesamtenergie der ep-Reaktion ist durch s = 2Mp Ee gegeben mit der Masse des Protons Mp . Für den maximalen Impulsübertrag gilt Q2 ≤  s, d. h. mit der Energie Ee = 188 MeV des Stanford-Versuchs ist  √Q2 ​ etwa 0,2 GeV. Folglich waren damals Dimensionen von ρ ≅ 10–15 m = 1 fm zu erreichen. ...

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