Einmal als grundlegende universelle Geschwindigkeitsbegrenzung beschrieben, können einige Partikel in speziellen Szenarien die Geschwindigkeit von c überschreiten, was zu ziemlich eigenartigen Phänomenen führt.
Vor dem 20. Jahrhundert wurden Zeit, Raum, Masse und Energie als getrennte Einheiten betrachtet. Obwohl es scheinbar keine verwandten Elemente gab, war es der berühmteste Wissenschaftler der Welt, der die Art und Weise, wie Physik bis heute gedacht wurde, grundlegend veränderte. Einsteins letzter von ihmvier berühmte Arbeiten eingereicht am 27. September 1905 schloss daraus m = E / c 2 die dann in die ikonischere Form von neu geordnet wurde E = mc 2 . Die berühmte Gleichung ist die grundlegende treibende Kraft, die zu vielen großen Revolutionen in der Teilchenphysik geführt hat. Die vielleicht interessantesten davon sind heute die weltbekannten Teilchenbeschleuniger.
Der bekannteste davon ist vielleicht der Cern Large Hadron Collider LHC in Genf, Schweiz. Der Beschleuniger ist ein hervorragendes Beispiel für die Demonstration der Verbindungen zwischen Masse, Energie und dem Universum, wie wir es kennen. Der LHC ist fähigvon beschleunigenden Teilchen nach oben von 99,999999% Lichtgeschwindigkeit oder 299.792.455 m / s . Der LHC beschleunigt Partikel auf eine Geschwindigkeit gerade 0,000199% schneller als der nächstschnellere Beschleuniger, nur 600 m / s mehr. Der LHC benötigt auch fast 16 Mal mehr Energie, um nur einen Bruchteil einer höheren Geschwindigkeit zu gewinnen. Die Beschleuniger sind hervorragende Demonstratoren für das exponentielle Wachstum, das erforderlich ist, um Partikel schneller zu machen. Um die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, muss eine unendliche Energiemenge abgeschieden werden, was ganz offensichtlich istunmöglich, wenn ein Objekt eine quantifizierbare Masse hat.
Biegen der Regeln
Seitdem Physiker erstmals als universelle Grenze beschrieben wurden, haben sie spezielle Entitäten entdeckt, die überluminale schneller als Licht Geschwindigkeiten erreichen können, die immer noch den universellen Regeln entsprechen, die durch die spezielle Relativitätstheorie festgelegt wurden.
Während die Lichtgeschwindigkeit innerhalb eines perfekten Vakuums nicht überschritten werden kann, ist es wahr, dass die Lichtgeschwindigkeit innerhalb anderer Medien nicht gleich ist. In Wasser ist die Lichtgeschwindigkeit 25% langsamer, was ein Zeitfenster bietetunter besonderen Umständen können einige Partikel den Grenzwert überschreiten.
Die Lichtgeschwindigkeit erinnert in vielerlei Hinsicht an die Schallgeschwindigkeit. Wenn die Schallgeschwindigkeit überschritten wird, ist ein hörbarer Schallknall recht leicht zu hören. Ebenso Partikel, die die Lichtgeschwindigkeit überschreitenerzeugen eine Art "Luminalboom", der direkt mit menschlichen Augen beobachtet werden kann. Der Effekt wird als Cherenkov-Strahlung bezeichnet und ist in Kernreaktoren als blaues Leuchten erkennbar siehe Abbildung unten.
Cherenkov-Strahlung innerhalb eines Kernreaktorkerns [Bildquelle : Wikipedia ]
Da das Licht um 25% verlangsamt wird, treibt die Atomexplosion in Spaltreaktoren energiereiche Partikel über die Lichtgeschwindigkeit in Wasser. Ähnlich wie bei einer Stoßwelle, wenn die Elektronen im Reaktor die Geschwindigkeit der Lichtphotonen überschreitensammeln sich in Bündeln an, was zur Emission eines Lumineszenzauslegers im Allgemeinen als blaues Licht führt, es kann jedoch auch ultraviolett werden.
In ähnlicher Weise beobachtet das Sudbury Neutrino Observatory in Ontario, Kanada, die Cherenkov-Strahlung, indem es den "Luminalboom" aufzeichnet, der freigesetzt wird, wenn Neutrinos unveränderliche Partikel mit einer winzigen Masse Reaktionen eingehen. Während die Neutrinos durch die schweres Wasser Kammer, sie reagieren, bei denen Elektronen mit einer Geschwindigkeit ausgestoßen werden, die höher als die Lichtgeschwindigkeit ist, wodurch Cherenkov-Strahlung emittiert wird, die dann erfasst wird und das Vorhandensein von Neutrino bestätigt.
[Bildquelle : Berkley Lab ]
Cherenkov-Strahlung widerlegt nicht das derzeitige Verständnis der Teilchenphysik und der Relativitätstheorie. Sie öffnet vielmehr die Türen für das eigentümliche Verhalten von Teilchen im Quantenbereich und enthüllt allmählich die Geheimnisse des Universums.
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Geschrieben von Maverick Baker