Antiteilchen

   





D i s k u s s i o n


 Beitrag 0-36
Wir kennen nun mit größter Wahrscheinlichkeit schon wirklich  a l l e  Fermionen

 
 

 
Was das gefundene Higgs-Teilchen uns bewiesen hat

 
 
Wie berichtet wird, ist über die Eigenschaften des 2012 entdeckten Higgsteilchens nun bewiesen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Natur über die 12 heute im Standardmodell der Elementarteilchenphysik genannten Fermionen hinaus noch weitere kennt, jetzt kleiner als 10-7 ist.
 
Anders gesagt:
    Wir scheinen nun wirklich  a l l e  Fermionen zu kennen.
     
    Zudem dürfen wir nun auch davon ausgehen, dass das top-Quark (welches 350000-mal schwerer als das Elektron ist) tatsächlich das masse-reichste aller stabilen Elementarteilchen ist.

 
DENN: Das Higgs-Teilchen gibt allen anderen Teilchen ihre Masse. Da im CERN zusätzliche Fermionen bislang nicht gefunden wurden, müss­ten sie schwerer sein als die bisher bekannten. Das aber hätte zur Folge, dass sie auch stärker mit dem Higgs-Teilchen wechselwirken. Diese Wechsel­wirkung wiederum würde die Eigen­schaften des Higgs-Teilchens derart verändern, dass man es mit heute verfügbaren Teilchenbeschleunigern noch  n i c h t  hätte nachweisen können.

 

 Beitrag 0-31
Paul Diracs kosmische Zahl

 
 

 
Paul Diracs kosmische Zahl

 
 
Vergleicht man die elektrische Kraft zwischen Proton und Elektron im Wasserstoffatom mit der Gravitationskraft ihrer winzigen Massen, so stellt man fest, dass der Faktor, um den sie stärker ist, eine 40-stellige ganze Zahl ist ( 2.3 • 1039 ).
 
Es ist dies eine der ganz wenigen Zahlen, die uns die Natur selbst mitteilt. Sie ist leicht und mit hoher Genauigkeit messbar, und doch haben wir bisher keine Theorie, sie zu berechnen.
 
Seltsamer Weise tritt sie noch an zwei anderen Stellen auf:
  • Teilt man den Radius des sichtbaren Weltalls durch den Radius des kleinsten  s t a b i l e n  Teilchens (des Protons), so ergibt sich eine Zahl von eben dieser Größenordnung. Sie ist bei weitem nicht so genau bestimmbar, aber dass man auf dieselbe Größenordnung kommt, ist schon merkwürdig.
     
  • Nun aber eine weiter Überraschung: Schätzt man die Zahl der Protonen im sichtbaren Universum, so erhält man in etwa das Quadrat dieser Zahl.
    Kann auch das noch Zufall sein?

 
Diracs Beobachtung lässt sich so veranschaulichen, dass man mit allen Protonen im (sichtbaren) Universum gerade seine derzeitige Oberfläche bedecken kann. Da die mit der Expansion des Raumes anwächst, erscheint dies auf den ersten Blick widersinning. Nur an Zufall zu glauben fällt schwer (und hat Dirac alarmiert).
 
Weiter ist interessant [nach Unzicker, S. 263], dass Diracs Beobachtung auch einen Bezug zur Quantenmechanik hat. Diese ordnet jedem Teilchen eine Wellenlänge zu ( die sog. Compton-Wellenlänge λ = h/mc ), die größte Struktur, bei der man noch sinnvoll von einer » Teilchengröße « sprechen kann.
 
Aus Diracs Hypothese, so schreibt Unzicker, ergebe sich, dass diese Wellenlänge des Protons mit seiner tatsächlichen Größe übereinstimmt, die Rutherford 1914 als erster gemessen hat (siehe dazu auch ArXiv.org/abs/hep-ph/0201222, wo den beiden Nobelpreisträgern Steven Weinberg und Frank Wilczek dieser Zusammenhang wohl nicht bewusst zu sein scheint).
 
So erscheinen die Abmessungen der Teilchen zum ersten Male nicht mehr nur willkürlich. Natürlich ist Diracs Idee noch keine komplette Theorie. Ein Hinweis darauf, dass die Größen und die Massen der Elementarteilchen berechenbar sein könnten, ist sie aber auf jeden Fall. Leider haben die Physiker von heute das Nachdenken darüber freiwillig aufgegeben.
 
 
Quelle: A. Unzicker: Auf dem Holzweg durchs Universum, Hanser 2012, S. 259-263
 
Für Rechendetails und Wahrscheinlichkeiten siehe: Diracs grosse Zahlen

 

 Beitrag 0-4
Zum eigentlichen Wesen aller Elementarteilchen

 
 

 
Das wahre Wesen aller Elementarteilchen

 
 
Letztlich ist jedes Elementarteilchen einfach nur Energieportion in Form einer Potentialwelle (das Potential, das sich da wellenartig auf- und abbaut ist Kraftpotential im Sinne der 4 Grundkräfte der Natur: Elektromagnetische Kraft, Gravitationskraft, starke oder schwache Kernkraft).
 
Jede dieser Wellen breitet sich als Kugelwelle im Raum mit Lichtgeschwindigkeit aus und wird nur verformt, wo sie auf Hindernisse trifft (das ist ganz analog zu Wasserwellen: auch die verformen sich, wo sie auf Hindernisse treffen, etwa auf im Wasser stehende Pfosten).
 
Wo man den Eindruck hat, ein einzelnes Elementarteilchen beobachtet zu haben, war das nur eine Stelle, an der es sich (als Energieportion) mit anderen vereinigt hat, und die so entstandene Summe von Energie sich meist sofort erneut in eine Menge von Elementarteilchen zerlegt hat.
 
An welchen Stellen in Raum und Zeit eine solche Interaktion (= spontane Umwandlung von Wirkungspotential in Wirkung) am ehesten wahrscheinlich ist, wird beschrieben durch eine dem Elementarteilchen zugeordnete Wahrscheinlichkeitswelle ψ (entdeckt 1925 durch Erwin Schrödinger und als überzeugendes Modell gut bestätigt durch inzwischen schon sehr viele Versuche der Quantenphysiker).
 
 
 
 
Materiewellen

 
Schon 1923 hatte Louis de Broglie in seiner Doktorarbeit die Meinung vertreten, dass nicht nur Elektronen, sondern grundsätzlich alle Materieteilchen sich verhalten wie stehende Wellen, die — wie die Schwingungen einer Gitarrensaite — nur mit jeweils ganz bestimmten, diskreten Frequenzen auftreten können. Diese Idee war so ungewöhnlich, dass die Prüfungskommision sich externen Rat holte. Auch Einstein wurde gefragt; er gab ein positives Urteil ab, und so wurde de Broglies Dissertation akzeptiert.
 
Und tatsächlich: Man hat inzwischen sogar bei Fullerenen (das sind aus je 60 Atomen bestehende Moleküle) solches Wellenverhalten beobachten können.
 
Warum sich ein so komplexes Gebilde aber tatsächlich als  W e l l e  statt als W e l l e n p a k e t   zeigt (dem ja dann ja keine Frequenz zuzuordnen wäre), erscheint zunächst unverständlich.
    FRAGE 1 also: Kann mir jemand diesen Punkt erklären?
     
     
    Mein Erklärungsversuch wäre:
    Schickt man Photonen einzeln durch den Doppelspalt, so wird klar, dass die (selbst dann noch) beobachtete Interferenz darauf zurückzuführen sein muss, dass jede dieser Lichtwellen mit sich selbst interferiert. Sie kann das, da der Doppelspalt sie aufgeteilt hat in zwei sich überlappende Teile:
     
     
    Quelle: http://kimheeley.edublogs.org

     
     
    Nun besteht ein Fulleren aber aus  z a h l r e i c h e n  Elementarteilen (Elektronen, Nukleonen), die sich aber — wenn das Molekül durch den Doppelspalt gesandt wird — im Verbund bewegen, aber leicht zueinander verschoben (da sie im Molekül unterschiedlichen Schwerpunkt haben). Dies muss dazu führen, dass das Interferenzbild — da es ja als die Summe der Interferenzbilder für die einzelnen elementaren Teile des Moleküls ergibt — nicht mehr ganz scharf sein kann.
    Meine Vorhersage also: Je größer der Durchmesser von durch den Doppelspalt geschickter NICHT elementarer Teilchen wird, desto unschärfer muss das Interferenzbild werden. Und genau das beobachtet man ja auch ...
     
    Schickt man einzelne Photonen nacheinander statt zum Doppelspalt zu einem halbdurchlässigen Spiegel (einem Strahlteiler), so beobachtet man Analoges: Jedes Photon  s c h e i n t  genau einen der beiden Wege zu nehmen (weil es nur am Ende je eines der beiden Wege detektiert wird). Dennoch geht es — als Potentialwelle — beide Wege, denn es ergibt sich Interferenz (dies zeigen Experimente, die als erster Alan Aspect durchgeführt hat).
    Auch hier also interferiert die Welle mit sich selbst, weil der Strahlteiler sie in sich überlappende Teile zerlegt. Sie lassen sich unterschiedlich polarisieren, und die Interferenz wird zunehmend schwächer, je größer der Winkel zwischen den beiden Polarisationsrichtungen wird: Wie auch beim Quantenradierer können senkrecht zueinander polarisierte Teile der Welle natürlich  n i c h t  interferieren.

 
So nebenbei stellen sich mir noch zwei weitere Fragen:
    FRAGE 2: Könnte es sein, dass miteinander verschränkte Photonen einfach nur Teile einer einzigen (sich um Hindernisse herum ausbreitenden) Welle sind?
    FRAGE 3: Wie kommt es, dass eine Materiewelle (z.B. als Elektron) Schwingung von etwas ist, dessen Länge konstant zu sein scheint?

 
Siehe auch: Beschreibung einiger Experimente

 

  Beitrag 1986-1
Lebenszyklus eines Elementarteilchens

 
 

Zum Lebenszyklus von Elementarteilchen

und

wie makroskopische Objekte dekohärent werden (und sich so fortentwickeln)



Es ist vernünftig, sich vorzustellen, dass jedes Elementarteilchen
  • durch ein Elementarereignis erzeugt wird
  • und im nächsten Elementarereignis, an dem es beteiligt ist, stirbt.

Ein Elementarereignis in diesem Sinne ist ein Ereignis E, welches
  • zwei virtuelle Teilchen (solche mit extrem kurzer Lebensdauer und entgegengesetzter Ladung) aus dem Nichts entstehen lässt
  • oder Kollision von Elementarteilchen (sein Input ist dann eine Menge sich allzu nahe kommender Elementarteilchen, sein Output ist eine andere Menge von Elementarteilchen).

Mit anderen Worten:

Jedes Elementarereignis E ersetzt eine Menge von Elementarteilchen durch eine andere.

Eine – und nur eine – dieser beiden Mengen kann leer sein (recht oft aber sind beide nicht leer).


Obgleich die Teilchen in Output( E ) denen in Input( E ) oft recht ähnlich sind, sollte man sie dennoch als neue Teilchen begreifen, die als Ersatz der alten ins Leben gerufen werden.

Alle Elemente von Output( E ) existieren zunächst in einem Überlagerungszustand. Erst wenn so ein Teilchen mit anderen kollidiert, — interagiert —, konkretisiert sich sein Zustand (die Kopenhagener Deutung nennt das den Zusammenbruch der Wellenfunktion des Teilchens, in modernerer Sprache sagt man stattdessen auch, das Teilchen werde dekohärent). Der Wert der Eigenschaften, die so als einziger und zugleich letzter Zustand des Teilchen dem Beobachter erfahrbar werden, sind sozusagen die einzige Äußerung, mit der das Teilchen sich seiner Umgebung mitteilt.


Makroskopische physikalische Objekte O, solche also, die aus mehr als nur einem Elementarteilchen bestehen, werden schrittweise und ständig neu dekohärent. Jeder solche Schritt besteht darin, dass ein zu O gehörendes Elementarteilchen dekohärent wird (sich also ersetzt durch andere bzw. durch ein anderes, ihm sehr ähnliches).

Beispiel: Wenn ein Elektron eine Moleküls mit einem daherkommenden Photon hinreichend hoher Energie kollidiert, kann es vorkommen, dass das Elektron ersetzt wird durch eines in einem höheren, also energiereicheren Orbital des Moleküls (oder Atoms). Das Photon hört auf zu existieren oder wird ersetzt durch ein weniger energiereiches.


Aus ein und demselbem Elemetarereignis hervorgehende Elementarteilchen e1 und e2 werden oft (aber – wie man heute erkannt zu haben glaubt – nicht immer) miteinander verschränkt sein. Verschränkung ist eine Art Verwandtschaftsbeziehung, die bewirkt, dass, wenn e1 dekohärent wird, e2 ohne jede Verzögerung in einen Zustand gerät, der bewirkt, dass wenn e2 irgendwann auch dekohärent wird, der Wert des Zustandes, in dem es sich e2 dann zeigt, korrelliert ist zu dem, in dem sich vormals e1 gezeigt hat.

Man könnte also sagen: Sind e1 und e2 miteinander verschränkte Elementarteilchen, und wird e1 dekohärent, so wird e2 virtuell dekohärent, existiert aber weiter (virtuell, d.h. immer noch in einem Überlagerungszustand). Dies gilt unabhängig davon, wie weit e1 und e2 von einander entfernt waren, als e1 dekohärent wurde (und so seine Existenz beendet hat).


Gebhard Greiter (grtgrt)

 

  Beitrag 1972-87
Was die Kollision von Elementarteilchen konkret bedeutet

 
 

Was man unter der Kollision zweier Elementarteilchen versteht


Genau dann, wenn zwei Elementarteilchen einander zwingen, gemeinsam dekohärent zu werden
( d.h. zu verschmelzen und sich neu aufzuteilen )
sagt man, sie kollidieren.



Siehe auch: Lebenszyklus eines Elementarteilchens

 

  Beitrag 1972-86
Elementarteilchen sind als Energieportion NICHT verdünnbar

 
 
Wrentzsch aus 1972-84:
 
Was verhindert das Vergehen einer Energieeinheit bei räumlicher Ausdehnung,
hält etwas dagegen, sodass sich das Quant verändert und stabil wird oder die Energie Quantelt?

Hi Wrentsch,

dass ein Quant (= eine Energieportion) sich räumlich ausdehnt, bedeutet nur, dass die Punkte im Raum, an denen man das Quant potentiell wird beobachten können, immer mehr auseinander wandern – so wie seine Wellenfunktion das vorhersagt. Erst wenn das Quant mit anderen kollidiert wird es dekohärent (um sich so an einer mehr oder weniger unscharf definierten Stelle zu zeigen und gleichzeitig zu sterben: siehe Lebenszyklus eines Elementarteilchens).

Mit anderen Worten: Es ist nicht so, dass das Quant (als Energieportion) sich mehr und mehr verschmiert und damit verdünnt. Lediglich der Bereich, der alle Punkte enthält, an denen man es mit einem anderen Elementarteilchen kollidieren kann, wird ständig größer).

PS: Unter "seiner Wellenfunktion" ist — wenn man es ganz genau nimmt — die unter Berücksichtigung der ART formulierte Wellenfunktion unseres gesamten Universums zu verstehen.

Gruß, grtgrt
 

 Beitrag 0-13
Photonen (allgemeiner: Elementarteilchen) sind nicht » Teilchen « im buchstäblichen Sinne

 
 

 
Photonen — wie man sie besonders treffend charakterisiert

 
 
Photonen verhalten sich zum elektromagnetischen Feld wie Wasserwellen zum Teich, in dem man sie beobachtet: So wie das Wasser das Medium darstellt, über das jene Wellen sich manifestieren, ist das elektromagnetische Feld das Medium, über das Photonen sich manifestieren:
 
 
Ein Photon ist eine Manifestation der Störung des elektromagnetischen Feldes (und somit ein Phänomen).

 
So sagt Irena. In die gleiche Richtung scheint mir Stueps zu denken, wenn er schreibt:
 
Elementarteilchen, so denke ich, sind vielleicht nicht elementar. Nicht in dem Sinne, dass sie sich vielleicht noch weiter "zerlegen" ließen, oder eben nicht. Meine Vermutung ist, dass nur die Eigenschaften, über die sich Elementarteilchen im Grunde vollständig charakterisieren lassen, die wahren Elemente unserer Welt sind: Spin, elektrische Ladung, Parität, magnetische Quantenzahl, Masse und so weiter ...

 

  Beitrag 2058-14
Photon = sich in Form einer Welle ausbreitende Energieportion

 
 
Henry in 2058-13:
 
Ephot = hf sagt, dass die Energie eines Protons von der Frequenz des Lichtes abhängt, richtig, aber es heißt nicht, dass ein Photon eine Wellenlänge hätte!

Hallo Henry,

die Begriffe Photon und Lichtwelle bezeichnen ein und dasselbe: eine Energieportion, die sich in Form einer Welle durch den Raum ausbreitet.

Wo uns eine solche Lichtwelle als Teilchen  e r s c h e i n t , ist das nur ihre Wechselwirkung mit anderen Potentialwellen an einem bestimmten Ort.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 2058-19
-

 
 
Hans-m in 2058-18:
 
Bei der Rot-Blau-Verschiebung des Lichts stellt sich mir folgende Frage:
Wie hoch oder wie niedrig kann die Wellenlänge bzw Frequenz des Lichts eigentlich werden?

Das Licht liegt zwischen 780 nm 384 THz (rot) und 380 nm 789 THz (violett).


Hallo Hans-m,

der letzte Satz dieses Zitates versteht unter "Licht" nur das uns sichtbare Licht.

In der Physik aber ist "Licht" ein Synonym für "elektromagnetische Strahlung". Deren Frequenz kann — siehe hier — beliebig hoch ebenso wie beliebig niedrig sein.

Es gibt aber wohl kein Gerät, mit dem man elektromagnetische Strahlung wirklich  j e d e r  Frequenz nachweisen kann.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 2009-88
Wie schwer können Elementarteilchen höchstens sein?

 
 
Wrentzsch aus 2009-87:
 
Aus der Überschrift resultiert diese Frage: "Warum sollte die Ruhemasse unbegrenzt sein?"


Im Modell der Stringtheorie entspricht jedes Elementarteilchen einem schwingenden String. Je höher die Frequenz dieser Schwingung, desto höher die Energie (bzw. Masse) des Teilchens.

Dies vor Augen, könnte man schon vermuten, dass es beliebig massereiche Teilchen geben kann (wenigstens in dem Sinne, dass die in unserem Universum gültigen physikalischen Gesetzte sie erlauben — wie oft sie dann tatsächlich entstehen, und wie lange sie leben, mag noch eine andere Frage sein).

 

  Beitrag 2009-1
Die Ruhemasse möglicher Elementarteilchen ist begrenzt

 
 


Die Ruhemasse möglicher Elementarteilchen ist begrenzt



Auf Seite 156 seines Buches "Die Evolution des Geistigen" erwähnt Thomas Görnitz eine interessante Konsequenz der Bekenstein-Hawking-Formel über die Entropie Schwarzer Löcher. Er schreibt:

Zitat von Görnitz:
 
Die Entropie der Schwarzen Löcher wächst mit dem Quadrat ihrer Ausdehnung ...

Das kleinste theoretisch noch denkbare Schwarze Loch, ein sog. Planck-Black-Hole — hat nach der Formel von Bekenstein und Hawking lediglich eine Entropie von 1 Bit. Ein noch kleineres Schwarzes Loch (mit noch weniger Information im Inneren) ist demnach undenkbar.

Was aber durch die Bekenstein-Hawking-Formel NICHT erfasst wird, ist, dass dieses Planck-Black-Hole gleichzeitig wegen seiner winzigen Ausdehnung von 10-33 cm mit einer ungeheuer großen [einer entsprechend großen Menge an zugänglicher Information über seinen Ort im Kosmos verbunden ist.

Wir hatten außerdem davon gesprochen, dass die Energie umgekehrt proportional zur Ausdehnung ist, und da ein solches Mini-Black-Hole die kleinste denkbare Ausdehnung besitzt, wird es die größte Energie besitzen, die ein elementares Objekt überhaupt haben kann.


Ein Planck-Black-Hole ist demnach das massereichste elementare Quantenobjekt, das möglich ist.

Es hat die kleinste physikalisch mögliche Ausdehnung (10-33 cm) und die größte denkbare Energiedichte (1094 g/cm3).


In der Tat hat es eine Masse von etwa 1020 Protonen. Diese Masse ist im Verhältnis zur Masse anderer Elementarteilchen riesig groß.

 

 Beitrag 0-7
Was virtuelle Teilchen von realen unterscheidet

 
 

 
Was virtuelle Teilchen von realen unterscheidet

 
 


Zitat von Frank Wilzek ( Nobelpreisträger 2004 ):
 
Virtuelle Teilchen sind spontane Fluktuationen eines Quantenfeldes von extrem geringer Lebensdauer: Transienten, die in unseren Gleichungen erscheinen, nicht aber in Messgeräten.
 
Durch Energiezufuhr können spontane Fluktuationen über einen Schwellwert verstärkt werden, was bewirkt, dass virtuelle Teilchen zu realen Teilchen werden: Reale Teilchen sind Anregungen eines Quantenfeldes mit einer für Beobachtung brauchbaren  B e s t ä n d i g k e i t .
 


 
 
Wilczek bekam 2004 den Nobelpreis für die Entdeckung von Effekten, die man Asymptotische Freiheit und Confinement nennt.


 

  Beitrag 2009-70
Unterscheide echte und nur scheinbare Elementarteilchen

 
 

Über echte und nur scheinbare Elementarteilchen


Unter einem Elementarteilchen kann man grundsätzlich zweierlei verstehen:
  • ein Teilchen, das elementar im Sinne der Natur ist
  • oder ein Teilchen, das elementar im Sinne aktueller physikalischer Erkenntnis ist.

Wie sich am Beispiel der Protonen und Neutronen zeigt, sind beide Begriffe wahrscheinlich noch NICHT identisch, denn:

Vor Entdeckung der Quarks galten Proton und Neutron als elementar, seitdem aber weiß man, dass sie keineswegs elementar sind, denn jedes von ihnen ist eine Konfiguration von Quarks und Gluonen (3 Valenz-Quarks, jede Menge virtueller Quarks, und zahlreicher Gluonen).

Genauer noch: Je schneller sich ein Proton oder Neutron bewegt, desto größer ist die Zahl darin vorhandener virtueller Quarks und Gluonen (die sog. Quark Sea), und beim Zusammenstoß zweier Protonen etwa kann es sich auch einfach nur um einen Zusammenstoß solch virtueller Teilchen handeln (genau das übrigens macht den LHC so effektiv).

Wenn also jemand (wie etwa Coyne und Cheng über die Stringtheorie) Anzeichen dafür findet, dass jedes Elementarteilchen ein Schwarzes Loch sein könnte, dann können damit eigentlich nur Elementarteilchen im Sinne der Natur gemeint sein, also nicht notwendig all die Teilchen, die unser Standardmodell der Elementarteilchen­physik heute als elementar sieht, denn:

Dieses Modell könnte ja noch zu ungenau sein, da heutige Experimentalphysik nichts aufzulösen gestattet, was kleiner als 10-18 m ist.
Und warum sollten wir glauben müssen, dass die weiteren 17 Größenordnungen bis hin zur Plancklänge nicht noch weitere Struktur enthalten können?


Interessant in diesem Zusammenhang scheint mir, was Lisa Randall auf Seite 117-118 ihres Buches "Die Vermessung des Universums" schreibt:

Zitat von Randall:
 
... sagt uns die Quantenmechanik, dass die Untersuchung [ zunehmend kleiner Skalen [ zunehmend höhere Energien erfordert.

Aber sobald die Energie, die in einer kleinen Region eingefangen wurde, zu groß ist, kollabiert die Materie zu einem Schwarzen Loch.


Von diesem Punkt an dominiert die Gravitation. Mehr Energie vergrößert dann diese schwarzen Löcher ... und so wissen wir einfach nicht, wie wir irgend eine Ent­fernung, die kleiner als die Plancklänge ist, erforschen sollen.

Nebenbei: Diese Festellung ist die einzige, die ich bislang als gutes Argument dafür sehen kann, dass auch die Raumzeit selbst gequantelt sein könnte.

 

  Beitrag 2070-1
Selbst Elektronen sind nicht atomar!

 
 

Physiker haben erstmals Elektronen in zwei separate Teile aufgespalten


Dabei entstehen zwei Teilchen — genannt Spion und Orbitron —, von denen jedes eine bestimmte Eigenschaft des Elektrons trägt.

Mehr dazu im Artikel Forscher halbieren Elektronen (2012).

 

  Beitrag 2070-4
-

 
 
Irena in 2070-3:
 
Du scheinst ein wichtiges Satz außer Acht zu lassen. Die Teilchen sind "existent" nur innerhalb des Atoms.

Auch Quarks haben sich bisher nur als Teil von Nukleonen beobachten lassen (aber niemals einzeln).


 

  Beitrag 2070-8
-

 
 
Hans-m in 2070-5:
 
Oder wolltest Du sagen, dass die entdeckten Elementarteilchen (Spion und Orbitron) nur innerhalb des Elektrons existent sind?


Was genau beobachtet wurde, war ( siehe: Spin and orbital moments seperate ):

Zitat:
 
The electron's break-up into two new particles has been gleaned from measurements on the copper-oxide compound Sr2CuO3.
This material has the distinguishing feature that the particles in it are constrained to move only in one direction, either forwards or backwards.

Using X-rays, scientists have lifted some of the electrons belonging to the copper atoms in Sr2CuO3 to orbitals of higher energy, corresponding to motion of the electron around the nucleus with higher velocity.

After this stimulation with X-rays, the electrons split into two parts. One of the new particles created, the spinon, carries the electron's spin and the other, the orbiton, the increased orbital energy. In this study, the fundamental spin and orbital moments have been observed, for the first time, to separate from each other.
 

 

  Beitrag 2070-2
Wellen scheinen in unserer Welt die einzigen atomaren Objekte zu sein

 
 
Die Meldung Forscher halbieren Elektronen (siehe Beitrag 2070-1) bringt mich auf eine völlig verrückte Idee:

Was wir als Elementarteilchen bezeichnen ist letztlich ein Paket von Potentialwellen (ich sage ausdrücklich: ein   Pa k e t  von Wellen, denn wäre es eine Welle, könnte man ihm keinen — wie unscharf auch immer — definierten Ort zuordnen).

Als Wellenpaket aber müsste es durch Fourier-Analyse in Wellen zerlegbar sein. Und so scheinen nur Wellen die atomaren Objekte unserer Welt zu sein.

Leider können wir diese Fourier-Analyse nicht durchführen, denn letztlich ist auch jedes Elementarteilchen nur Teil des einzigen in sich abgeschlossenen Quantensystems, das es in unserem Universum gibt: der Gesamtheit all dessen, was in unserer Raumzeit existiert. Doch dieses Summe von Wellen — dieses Wellenpaket also — ist viel zu komplex als dass wir es als wohldefinierte Funktion kennen könnten. Wie also soll man da eine Fourier-Analyse bewerkstelligen?


Nebenbei: Was sagen eigentlich die Stringtheoretiker dazu, dass man sogar Elektronen noch zerlegen kann? Ich frage das, da die Stringtheorie jedes Elementarteilchen als Schwingungszustand eines Strings oder einer Membran sieht, deren Projektion auf den 3-dimensionalen Raum nur Punkt und demnach ohne jede Ausdehnung ist (diese Membran entfaltet sich sozusagen nur in den maximal 7 Extradimensionen, die der Stringtheorie entsprechend existieren sollen).

Es würde mich freuen, wenn dazu jemand was sagen könnte ...

 

  Beitrag 2070-7
The Young-Mills Existence and Mass Gap Problem

 
 
Grtgrt in 2070-2:
 
Was wir als Elementarteilchen bezeichnen ist letztlich ein Paket von Potentialwellen (ich sage ausdrücklich: ein   Pa k e t  von Wellen, denn wäre es eine Welle, könnte man ihm keinen — wie unscharf auch immer — definierten Ort zuordnen).

Als Wellenpaket aber müsste es durch Fourier-Analyse in Wellen zerlegbar sein. Und so scheinen nur Wellen die atomaren Objekte unserer Welt zu sein.
 


Berücksichtigt man die Tatsache, dass die Höcker eines Wellenpakets i.A. langsamer wandern als mit Lichtgeschwindigkeit (weil sich das Wellenpaket in Abhängigkeit seiner sich wandelnden Umgebung ja ständig umkonfiguriert), scheint mir, dass diese Sicht vielleicht sogar hin zu einer Antwort auf das Yang-Mills Existence and Mass Gap Problem führen könnte:

Zitat:
 
The successful use of Yang-Mills theory to describe the strong interactions of elementary particles depends on a subtle quantum mechanical property called the "mass gap": the quantum particles have positive masses, even though the classical waves travel at the speed of light.

This property has been discovered by physicists from experiment and confirmed by computer simulations, but it still has not been understood from a theoretical point of view.

 

 Beitrag 0-122
Wie sich die physikalische Größe » Spin « definiert

 
 

 
Zum » Spin « der Elementarteilchen

 
 
Gewisse Elementarteilchen — Elektronen etwa — verhalten sie wie kleine Magnete.
 
Wir denken uns die Lage dieses Magneten beschrieben durch einen imaginären Pfeil — genannt » Spin « — und stellen dann fest, dass der eine recht merk­würdige Eigenschaft hat:
 
Wählt man irgend eine, völlig beliebige Richtung und frägt das Teilchen dann, ob sein Spin in diese Richtung zeige, so bekommt man entwder die Antwort JA oder die Antwort NEIN, niemals aber irgend eine andere Antwort.
 
Statt JA oder das NEIN sagen die Physiker « Spin up « bzw. » Spin down «.
 
 
Das Merkwürdige also ist, dass es dem Spinpfeil irgendwie nicht möglich zu sein scheint, in eine Richtung zu zeigen, die nicht die ist, auf die sich unsere Frage bezog.
 
Noch merkwürdiger: Werden zwei Teilchen gleicher Art, die Spin haben, z.B. zwei Elektronen e1 und e2, durch ein und dasselbe atomare quantenphysikalische Ereignis erzeugt, so sind sie hinsichtlich Spin mit einander verschränkt.
 
Dies bedeutet: Fragen wir e1 nach seinem Spin, so wird es mit » up « oder » down « antworten. Dieselbe Frage dann auch dem e2 gestellt, wird die jeweils andere Antwort ergeben — und das selbst dann noch, wenn e2 inzwischen ans andere Ende der Milchstraße gebracht worden ist.
 
 
Note: Der Begriff der » Verschränkung « von Quanten wurde geprägt durch Erwin Schrödinger: Discussion of Probability Relations between seperated Systems, Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 31, 555 (1935).

 

  Beitrag 1999-57
Spin verstehen und messen

 
 
Hallo Harti,

wichtig zu wissen ist, dass die Begriffe "Spin" und "Drehung" eigentlich gar nichts miteinander zu tun haben.

Man versteht den Begriff » Spin « erst dann, wenn man dieses Wort liest als

» Richtung der Ablenkung in einem (durch die Messapparatur) gegebenen Magnetfeld «.


Das Spannende daran ist, dass Teilchen, die durch so ein Magnetfeld überhaupt abgelenkt werden, dabei stets nur parallel zu genau einer Geraden abgelenkt werden — in genau zwei, einander genau entgegengesetzten Richtungen also (siehe Spin-Messer).

In  w e l c h e r  dieser beiden Richtungen die Ablenkung dann aber tatsächlich erfolgt, ist nach allem, was man weiß, absolut zufällig.

Mehr noch: Die Richtung der Geraden, von der ich da spreche, wird durch das vom Messapparat erzeugte Magnetfeld definiert. Ist der Messung eine andere Messung vorausgegangen, so wird das Verhältnis der Wahrscheinlichkeiten, mit der sich das eine oder das andere der beiden möglichen Messresultate ergibt, abhängig vom Winkel sein, der zwischen den Richtungen der beiden Geraden besteht. Nur dann, wenn sie senkrecht aufeinander stehen, wird dieses Verhältnis genau 1 sein (!).

Nicht das neue Messergebnis, wohl aber dieses Verhältnis ist daher abhängig von der vorher zuletzt gestellten Messfrage (die ja stets auch eine Neueinstellung des Teilchens bewirkt). Man hat hier also eben dieselbe Gesetzmäßigkeit, die auch bei Messung der Eigenschaft "Polarisation eines Photons" beobachtet wird.

Die Erklärung hier macht das nur teilweise klar. Am genauesten erklärt finde ich all das durch Görnitz (z.B. auf den Seiten 106-107 seines Buches "Die Evolution des Geistigen").

Gruß, grtgrt

 
tags: Elementarteilchen1gegreit Teilchen1gegreit Welle1gegreit