Im Synchrotron des CERN werden Protonen, die elektrisch positiv geladenen Atomkern-Bausteine, auf einer Kreisbahn von 200 Meter Durchmesser beschleunigt, bis ihre Geschwindigkeit an die des Lichtes, die höchste überhaupt mögliche, heranreicht. Die so mit höher Energie – 28 Milliarden (Giga) Elektronenvolt (GeV) – versehenen Teilchen werden aus der Kreisbahn herausgeleitet und auf Materie gerichtet, wo sie mit den ruhenden Teilchen dieses Materials zusammenstoßen. Bei solchen Kollisionen verwandelt sich ein Teil der Bewegungsenergie in Materie, das heißt: Es entstehen neue Elementarteilchen, deren Lebensdauer und Flugbahnen studiert Werden. So hoffen die Physiker, dereinst der immer noch mysteriösen Grundstruktur der Materie auf die Spur zu kommen.

Bislang aber haben Beschleunigerexperimente eher zur Verwirrung geführt. Denn es stellte sich in den letzten beiden Jahrzehnten heraus, daß es sehr viele verschiedene Elementarteilchen gibt; über zweihundert wurden inzwischen bekannt. Seitdem bemühen sich die Theoretiker darum, Ordnung in den "Elementarteilchenzoo" zu bringen. Wie wichtig eine Systematik sein kann, lehrt die Erfahrung mit dem Periodischen System der Elemente, dessen Studium zur Erforschung des Atomaufbaus geführt hat.

Es sind auch schon verschiedene Schemata erdacht worden, in die sich die Elementarteilchen sinnvoll einordnen lassen. Eine solche Systematik, die sogenannte SU-3-Theorie, ließ sogar die Existenz bestimmter Elementarteilchen vorhersagen; die erst später entdeckt worden sind. Doch die Gültigkeit dieser Theorie ist damit noch nicht bewiesen; sie steht weiterhin in Konkurrenz mit anderen Hypothesen.

Klarheit kann wohl erst eine Fülle weiterer Experimente mit kollidierenden Elementarteilchen geben, vor allem mit solchen, denen eine weitaus höhere Energie erteilt wird, als es mit den gegenwärtig vorhandenen Beschleunigern möglich ist.

Doch die Kosten für den Bau entsprechend starker Beschleuniger sind ungeheuer groß, weshalb man auf Auswege sann und schließlich auf die Idee mit den Speicherringen kam.

Prallt ein beschleunigtes Elementarteilchen auf ein ruhendes, dann kann sich nur ein kleiner Teil der Bewegungsenergie in neue Teilchen verwandeln, der Rest nämlich wird darauf verwandt, das angestoßene Teilchen seinerseits in Bewegung zu versetzen. In der Tat steht nur ein Viertel der Energie, die der CERN-Beschleuniger den Protonen erteilt, beim Zusammenstoß mit ruhenden Teilchen zur Produktion neuer Materie zur Verfügung. Und dieser Wirkungsgrad ist bei stärkeren Beschleunigern noch ungünstiger – zum Beispiel ist von den 76 GeV Energie, – die das derzeit größte Synchrotron in Serpuchow (Sowjetunion) den Teilchen erteilt, nur ein Siebentel nutzbar.

Kollidieren jedoch zwei mit gleicher Geschwindigkeit aus entgegengesetzten Richtungen kommende Teilchen miteinander, dann kann sich die gesamte Bewegungsenergie in Materie umwandeln. Von zwei mit 28 GeV frontal zusammenstoßenden Protonen des CERN-Beschleunigers würden rund 56 GeV Energie zur Umwandlung in Materie vorhanden sein. Das wäre soviel, wie man beim Beschuß ruhender Teilchen nur mit einem 1700-GeV-Beschleuniger erreichen könnte, einer Maschine, die 22mal so stark sein müßte wie die zur Zeit größte der Welt.