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Impuls
Im täglichen Leben wird Impuls als Masse mal Geschwindigkeit eines Objektes definiert: . Wie dem auch sei, am LHC bewegen sich alle Teilchen sowohl vor als auch nach der Kollision mit angenähert Lichtgeschwindigkeit (v = 0,999999991c). Daher musst Du Gebrauch von Einsteins spezieller Relativitätstheorie machen, wodurch sich die Gleichung für den Impuls ein wenig komplizierter, wenn auch immer noch handhabbar, gestaltet:
Wir beginnen mit Einsteins berühmter Gleichung
Dabei bedeuten E die Energie, p der Impuls, m0 die Masse und c die Vakuumlichtgeschwindigkeit. Der Impuls ist eine vektorielle Größe mit Anteilen in die drei Koordinaten (x, y, z). Solltest Du nicht wissen, was ein Vektor ist, klicke hier.
Mit ein wenig Algebra (einfache Umstellung der Gleichung) kannst Du den Impuls als Funktion von Energie und Masse beschreiben:
Es gilt der Impulserhaltungssatz. Das heißt für unsere Teilchenkollision: pvorher=pnachher. Für ein Z-Boson, das in ein Elektron-Positron-Paar zerfällt, beträgt der Impuls also pZ = pe- + pe+.
Quiz-Frage: Nach der allgemeinen Formel für den Impuls p = mv gibt es Schwierigkeiten, wenn wir es mit einem masselosen Objekt wie etwa dem Photon zu tun haben. Der Impuls wäre dann gleich null. Was passiert, wenn wir die Formel nach der speziellen Relativitätstheorie für den Impuls verwenden?