Wenn Lichtgeschwindigkeit die höchste Relativgeschwindigkeit ist, warum werden zwei kollidierende Protonen jeweils nahe Lichtgeschwindigkeit beschleunigt ?
Wenn man die Ortsdifferenz der kollidierenden Protonen im Laborsystem und deren zeitliche Änderung betrachtet, dann läge dieses Verhältnis tatsächlich über dem Wert der Lichtgeschwindigkeit. Mit Geschwindigkeit ist in der Relativitätstheorie aber nur die Ortsänderung eines Körpers in einem Bezugssystem gemeint und nicht die zeitliche Änderung der Ortsdifferenz von verschiedenen Objekten (für geringe Geschwindigkeiten macht dies keinen Unterschied, erst wenn man die relativistische Geschwindigkeitsaddition
für hohe Geschwindigkeiten berücksichtigt).
In dem Bezugssystem eines jeden Teilchens bewegt sich das andere aber mit maximal Lichtgeschwindigkeit. Der Grund, warum man bevorzugterweise zwei Protonen beschleunigt und entgegengesetzt kollidieren lässt, liegt einfach darin, dass es energetisch günstiger ist zwei Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen als ein Teilchen auf extrem hohe Geschwindigkeit[1] . Im LHC
lässt man deswegen auch zwei entgegengesetzte Protonen kollidieren, anstatt ein Proton auf ein ruhendes zu schießen. Man bevorzugt also eine Kollision im Schwerpunktsystem der beiden Teilchen und nicht im Laborsystem. So eine Anordnung ist aber nicht in allen Fällen möglich.
Fußnoten
[1] Particle Creation