Was legt zeitlebens die größte Entfernung zurück?

Ralf Strobel
©
(Ausschnitt)
a) Das Signal einer Mondsonde
b) Eine Küstenseeschwalbe
c) Ein Teilchen im LHC-Ring
d) Ein ICE-Zug

Antwort:

Bevor sie aufeinander prallen, sollen Teilchen bis zu zehn Stunden lang mit Lichtgeschwindigkeit im LHC-Beschleuniger kreisen. Dabei legen sie fast zweimal die Entfernung Sonne-Pluto zurück.

Erklärung:

Elementarteilchen sind für Forscher eine harte Nuss – und dies im wörtlichen Sinn, denn um sie zu zertrümmern und ihren Inhalt zu untersuchen, braucht es gewaltige Kräfte. Doch nur so lassen sich neue Erkenntnisse über die Grundgesetze der Physik und den Aufbau des Universums gewinnen. In großen Ringbeschleunigern bringen Physiker daher die Partikel auf annähernd Lichtgeschwindigkeit und lassen sie anschließend zusammenstoßen.

Die derzeit größte Anlage dieser Art ist der Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Kernforschungszentrum nahe Genf, der in diesen Tagen erstmals wieder in Betrieb geht, nachdem es ein Jahr zuvor bei Testläufen zu einem schweren Defekt kam. Im seinem 27 Kilometer langen Ring kreisen Pakete aus Wasserstoff- oder Bleikernen, während elektrische und magnetischer Felder sie auf immer höhere Geschwindigkeiten bringen. Nach rund 20 Minuten erreicht jedes der anfänglich nur wenige tausendstel Nanogramm schweren Bündel die selbe Wucht, wie ein Motorrad, das mit 150 Kilometern pro Stunde gegen eine Wand fährt. Zwei Teilchenstrahlen laufen dabei in entgegengesetzter Richtung und kreuzen sich innerhalb eines Detektors, wo die Atomkerne schließlich kollidieren.
Gesamtansicht der LHC-Anlage
© Philippe Mouche, CERN
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernGesamtansicht der LHC-Anlage
Weil Stöße zwischen den winzigen Partikeln jedoch sehr unwahrscheinlich sind, braucht es rund zehn Stunden, bis der Großteil einer Ringfüllung sich auf diese Weise vernichtet hat oder den lenkenden Magnetfeldern unbeabsichtigt entkommen ist. Bis zu diesem Zeitpunkt beträgt die Flugstrecke der Teilchen rund 10 Milliarden Kilometer.

Ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit bewegen sich die Funkwellen von einer Raumsonde in der Mondumlaufbahn. Die rund 385 000 Kilometer bis zum Empfänger auf der Erde bewältigt die Übertragung daher in wenig mehr als einer Sekunde. Wie lange genau ein Signal vom Erdtrabanten benötigt, ist durchaus von großem Interesse, denn so lässt sich dessen Abstand bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen. Während vor den Apollo-Landungen tatsächlich Radiowellen für solche Messungen dienten, richten Astronomen heute wesentlich präzisere Laser auf mehrere von den Astronauten aufgestellte Spiegel und stoppen die Zeit bis zur Rückkehr des reflektierten Lichts.

Ein Intercity-Express (ICE) der Deutschen Bahn fährt bildlich gesprochen in 18 Monaten bis zum Mond und zurück. Bei einer Laufleistung von rund 500 000 Kilometern im Jahr und einer geplanten Einsatzzeit von 30 Jahren legt ein Zug bis zu seiner Ausmusterung 15 Millionen Kilometer zurück - 375 Mal um die Erde. Allerdings wird es noch mehr als zehn Jahre dauern, bis die ersten der im Jahr 1991 eingeführten ICEs in Rente gehen. Alle drei Millionen Kilometer erhält jeder Zug zudem eine große Inspektion, bei der Techniker ihn fast vollständig in Einzelteile zerlegen und viele Komponenten ersetzen. Es liegt daher im Auge des Betrachters, ob es sich danach wirklich noch um die selbe Maschine handelt.

Küstenseeschwalben besitzen unter allen Zugvögeln die längste Wanderroute, denn sie leben abwechselnd in den nördlichen und südlichen Polarregionen, wo während des jeweiligen Sommers die Sonne nie untergeht. Auf diese Weise können sie in ihren Quartieren über den gesamten Tag hinweg Fische fangen, nehmen jedoch zweimal jährlich einen wochenlangen Flug über 15 000 Kilometer in Kauf. Das bis heute älteste bekannte Exemplar starb im Alter von 34 Jahren und hatte damit in seinem Leben insgesamt rund eine Million Kilometer zurück gelegt - also mehr als bis zum Mond und zurück oder 25 mal um die Erde. Unter den tierischen Langstrecken-Experten reicht diese erstaunliche Leistung trotzdem nur für Platz zwei. Die Führung sichern sich Grauwale, die in ihren mehr als 60 Lebensjahren die Erde umgerechnet 30 Mal umrunden, während sie zwischen Futter- und Fortpflanzungsgebieten pendeln.

Was legt zeitlebens die größte Entfernung zurück?