So gut wie alles was wir sehen, besteht aus Materie. Materie, die eigentlich gar nicht da sein sollte. Denn nach dem Urknall sollte in gleicher Menge Materie und Antimaterie entstanden sein. Und beides hätte sich gegenseitig auslöschen sollen, so dass nur Energie übrig bleibt. Aber anscheinend gab es damals ein bisschen mehr Materie als Antimaterie. Warum das so war, weiß niemand. Aber ein hypothetisches Phänomen in der Teilchenphysik könnte vielleicht bald Hinweise auf die Vorgänge im frühen Universum geben: Der neutrinolose doppelte Betazerfall!

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Transkription

Sternengeschichten Folge 120: Materie, Antimaterie und der neutrinolose doppelte Betazerfall

Als das Universum vor 14 Milliarden Jahren entstanden ist, muss irgendetwas seltsames geschehen sein. Ok, man kann die Entstehung eines ganzen Universums aus dem Nichts an sich schon als seltsam bezeichnen. Aber darum geht es mir diesmal nicht, sondern um das, was danach passiert ist. Kurz nach dem Urknall ist aus all der Energie Materie entstanden. Und nach allem, was wir wissen, muss dabei eigentlich in gleichem Ausmaß auch ANTImaterie gebildet worden sein. Wenn Energie in Materie umgewandelt wird, entstehen immer Materie und Antimaterie gleichzeitig. Und normalerweise löschen sich Materie und Antimaterie danach auch wieder gegenseitig aus und verwandeln sich zurück in Energie.

Das kann aber in unserem Universum nicht passiert sein. Denn ansonsten gäbe es heute nur Energie – wir sehen aber einen Kosmos voller Materie. Überall sind Galaxien, Sterne und Planeten, die aus Materie bestehen. Genau so wie wir Menschen und alles um uns herum. Das Universum ist voll mit Materie, aber Antimaterie findet sich darin so gut wie gar keine.

Nach dem Urknall muss also aus irgendeinem Grund ein klein wenig mehr Materie entstanden sein als Antimaterie. Und als sich dann alles gegenseitig ausgelöscht hat, blieb diese überschüssige Materie übrig und formte das Universum, das wir heute sehen. Aber warum das so war, weiß niemand. Es könnte aber sein, das ein Phänomen mit dem komplizierten Namen “Neutrinoloser doppelter Betazerfall” in naher Zukunft Hinweise zur Lösung dieses Rätsel liefert.

Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)

Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)

Neutrinoloser doppelter Betazerfall klingt kompliziert – aber so schwierig ist es eigentlich gar nicht. Gehen wir es der Reihe nach durch. “Betazerfall” ist eine Art, auf die radioaktive Atome zerfallen können. Ein Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrisch nicht geladenen Neutronen. Die Zahl der Protonen im Kern bestimmt, um welches chemische Element es sich handelt. Wasserstoff hat ein Proton, Helium hat zwei, Lithium hat drei, und so weiter. Die Zahl der Neutronen im Kern ändert nichts an den chemischen Eigenschaften eines Elements – kann es aber instabil machen. Ist das Verhältnis von Protonen und Neutronen im Kern nicht mehr ausgewogen genug, zerfällt das Atom. Das nennt sich Radioaktivität und kommt überall in der Natur vor.

Man unterscheidet dabei verschiedene Arten des Zerfalls: Wenn der Kern selbst auseinanderbricht, dann nennt man das “Alphazerfall”. Aus einem großen Atomkern entsteht ein kleinerer; es wird also ein schweres chemisches Element in ein leichteres umgewandelt. Ein Teil des Kerns verlässt dabei den Atomkern; man nennt es “Alphateilchen” und den Strom dieser Teilchen die “Alphastrahlung”. Der Betazerfall funktioniert ein wenig anders. Hier bricht nicht der Kern auseinander, sondern ein Neutron verwandelt sich in ein Proton – oder umgekehrt.

Protonen und Neutronen sind ja selbst keine fundamentalen Teilchen sondern bestehen aus jeweils drei Quarks. Ein Proton wird aus zwei sogenannten Up-Quark und einem Down-Quark gebildet; ein Neutron aus zwei Down-Quarks und einem Up-Quark. Wenn sich nun ein Up-Quark eines Protons in ein Down-Quark umwandelt, wird das Proton zum Neutron. Dabei wird auch ein Elektron erzeugt, das den Kern verlässt. Nach dem Betazerfall hat der Atomkern also nicht mehr die gleiche Anzahl an Protonen bzw. Neutronen wie zuvor und die davon fliegenden Elektronen werden “Betastrahlung” genannt.

Diese Form der Radioaktivität wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von vielen Wissenschaftlern untersucht und man stieß dabei schnell auf ein paar seltsame Anomalien. Der Betazerfall schien sich nicht um die Energieerhaltung zu kümmern. Die Energiehaltung gehört zu den fundamentalsten Regeln der Physik. Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden. Wenn eine gewisse Menge an Energie in einem Atomkern steckt, dann kann sie nicht einfach verschwinden. Auch wenn es zerfällt, müssen die neu entstanden Bruchstücke zusammen die gleiche Energie haben wie das intakte Atom zuvor. Aber das war nicht der Fall – der neue Atomkern und das wegfliegende Elektron hatten weniger Energie. Irgendwo war also etwas verschwunden… 1930 stellte deswegen der deutsche Physiker Wolfgang Pauli die Vermutung auf, dass da noch ein weiteres Teilchen sein müsse, das man bis jetzt übersehen hatte. Wenn beim Betazerfall nicht nur ein Elektron davon fliegen würde, sondern NOCH ein Teilchen, dann würde die Energiebilanz wieder stimmen. Dieses fehlende Teilchen wurde Neutrino genannt und 1956 tatsächlich experimentell nachgewiesen. Nun war klar, dass beim Betazerfall keine Energie verschwindet – Elektron und Neutrino hatten zusammen genug Energie, damit am Ende alles stimmt.

Das war also der normale Betazerfall. Ein “doppelter Betazerfall” ist dann logischerweise eine Variante dieser Form der Radioaktivität, bei der sich nicht nur ein einziges Proton bzw. Neutron des Kerns verwandelt, sondern zwei von ihnen das gleichzeitig tun. Da diese Vorgänge alle im wesentlichen zufällig passieren, ist so etwas natürlich viel unwahrscheinlicher als ein normaler Betazerfall. Aber es kann vorkommen. Aus zwei Protonen werden dann zum Beispiel zwei Neutronen und dabei werden zwei Elektronen und zwei Neutrinos abgestrahlt.

Genauer gesagt: Zwei Antineutrinos. Denn so wie der Rest der Materie haben auch die Neutrinos ihre Antiteilchen. Antimaterie ist ja nichts großartig mysteriöses. Sie hat exakt die gleichen Eigenschaften wie die normale Materie, und ist einfach nur elektrisch umgekehrt geladen. Das negativ geladene Elektron hat ein positiv geladenes Positron als Antiteilchen. Man kann ein Atom Wasserstoff aus einem normalen Proton und einem normalen Elektron zusammensetzen. Oder man nimmt ein Antiproton und ein Positron und bekommt ein Atom Antiwasserstoff. Das hat man in Teilchenbeschleunigern sogar schon gemacht. Jedes Stück Materie hat seine Antimaterie – aber wenn wir diese Antimaterie beobachten wollen, müssen wir sie mühsam selbst herstellen. Von selbst entstehen Antiteilchen nur sehr selten bei natürlichen Vorgängen und nirgendwo im Universum finden sich größere Mengen davon.

Es könnte aber sein, dass es Teilchen gibt, die ihre eigenen Antiteilchen sind. Teilchen und Antiteilchen wären dann also tatsächlich identisch, könnten sich aber trotzdem gegenseitig auslöschen, wenn sie aufeinander treffen. Diese Art von Teilchen nennt man “Majorana-Fermionen”, nach dem italienischen Physiker Ettore Majorana, der diese Idee im Jahr 1937 hatte. Alle Elementarteilchen die wir bis jetzt kennen, gehören allerdings nicht dazu. Bis auf die Neutrinos – bei denen weiß man es nicht so genau.

Wie ich in Folge 103 der Sternengeschichten ja schon erzählt habe, sind die Neutrinos äußerst flüchtig und wechselwirken so gut wie gar nicht mit sich selbst oder dem Rest der Materie. Es ist daher auch nicht leicht sie zu untersuchen und mehr über sie herauszufinden. Wir kennen zum Beispiel noch nicht einmal ihre Masse. Früher dachte man, dass sie komplett masselos wären, so wie es auch die Lichtteilchen, die Photonen sind. Und auch das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt die Neutrinos als masselos. Aber wir wissen mittlerweile, dass die Neutrinos eine Masse haben müssen – sie ist nicht groß, aber sie ist auch nicht null. Diverse Beobachtungen haben gezeigt, dass sich bestimmte Eigenschaften der Neutrinos nur erklären lassen, wenn sie eben nicht völlig masselos sind. Aber wie groß ihre Masse wirklich ist, ist unbekannt. Genau so wenig weiß man, wie man den Widerspruch zur Vorhersage des Standardmodells auflösen kann.

Es ist klar, dass das Standardmodell der Teilchenphysik irgendwie erweitert werden muss. Immerhin fehlt in diesem Modell ja auch noch die Gravitation. Aber noch hat man diese Erweiterung noch nicht hin bekommen. Womit wir wieder beim neutrinolosen doppelten Betazerfall wären. Wenn Neutrinos tatsächlich ihre eigenen Antiteilchen sind, dann kann es bei einem doppelten Betazerfall vorkommen, dass sich die beiden dabei entstehenden Neutrinos gegenseitig auslöschen. Zwei Kernbausteine eines Atoms würden sich dann also umwandeln, ohne das dabei irgendwelche Neutrinos frei werden.

Mit der Energieerhaltung hätte man dabei keine Probleme. Aber dafür mit einem anderen wichtigen Erhaltungsgröße der Physik, der sogenannten Leptonenzahl. Als Leptonen bezeichnet man eine Gruppe der Teilchen, aus denen Materie bestehen kann. Elektronen und Neutrinos sind Leptonen und auch noch die Myonen und Tauonen. Das sind quasi schwerere Versionen des Elektrons, die in normaler Materie zwar nicht vorkommen, aber bei diversen Zerfallsprozessen auftreten. Außerdem gibt es noch Myon- und Tauon-Neutrinos; Variationen des normalen Elektron-Neutrinos, das beim Betazerfall auftritt. Zusammen mit ihren jeweiligen Antiteilchen bilden diese sechs Teilchen die Leptonen. Ein einzelnes Lepton hat eine Leptonenzahl von 1 und Antileptonen von -1. Das Standardmodell der Teilchenphysik fordert, dass die Zahl der Leptonen bei allen Vorgängen immer konstant sein muss. Beim normalen doppelten Betazerfall passt das auch. Aber beim neutrinolosen doppelten Betazerfall gibt es ein Problem. Da sind am Ende zwei Neutrinos verschwunden und die Leptonenzahl hat sich im Vergleich zum Ausgangszustand geändert.

Wenn der neutrinolose doppelte Betazerfall tatsächlich stattfindet, dann wäre das ein deutliches Zeichen für einen physikalischen Vorgang, der über das normale Standardmodell hinaus geht. Es wäre auch ein Zeichen dafür, dass bestimmte Erhaltungssätze nicht immer erfüllt sein müssen. Und irgendeine Verletzung eines Erhaltungssatzes muss auch für den Überschuss an Materie kurz nach dem Urknall verantwortlich sein. Könnte man den neutrinolosen doppelten Betazerfall erforschen, dann würde man vielleicht auch Hinweise darauf finden, was damals abgelaufen ist.

Ach ja – und man könnte aus den Beobachtungsdaten so eines Zerfalls auch die Masse der Neutrinos berechne. Es ist also kein Wunder, dass sich die Physiker schon seit längerem bemühen, dieses Phänomen zu beobachten. Bis jetzt ist es allerdings noch nicht gelungen. Die Ergebnisse sind allerdings nicht wirklich zufriedenstellend. 2006 hat eine Arbeitsgruppe des sogenannten Heidelberg-Moskau-Experiments behauptet, den neutrinolosen doppelten Betazerfall beobachtet zu haben; diese Beobachtung ist allerdings heute immer noch kontrovers und nicht allgemein anerkannt. Andere Experimente haben bis heute keinen Befund geliefert. Aber man sucht weiter! Etwa ein halbes Dutzend Teilchendetektoren überall auf der Welt sind gerade dabei, Daten zu sammeln und ebenso viele neue Detektoren sind für die Zukunft geplant. Vielleicht wissen wir bald, was nach dem Urknall für seltsame Dinge passiert sind…

Kommentare (37)

  1. #1 Stefan K.
    13. März 2015

    Gilt es eigentlich als gesichert, dass mehr Materie als Antimaterie entstanden ist? Ich glaube nämlich, ich hab irgendwo mal die Behauptung gelesen, es sei doch gleich viel entstanden. Es gebe einfach verschiedene “Blasen” jeweils aus Materie und Antimaterie und da das Universum größer sei als unser Beobachtungshorizont sei einfach anzunehmen, dass die Antimaterieblasen sich allesamt außerhalb des Beobachtungshorizonts befinden würden.
    (Leider weiß ich nicht mehr, wo ich das aufgeschnappt habe)
    Könnte man diese Behauptung überhaupt jemals irgendwie überprüfen oder geht das schon theoretisch nicht und falls nicht, bedeutet dass, dass man diese Theorie vernachlässigen kann weil sie dadurch eben niemals falsifizierbar wäre?

  2. #2 Alderamin
    13. März 2015

    @Stefan K.

    Wie sollen sich diese Blasen denn an unterschiedlichen Orten gebildet haben? Beim Urknall entstand doch zunächst eine große Menge Strahlung, die den Raum gleichmäßig ausfüllte, mit so hoher Energie, dass daraus (wie in einem Teilchenbeschleuniger) alle möglichen Teilchen “kondensierten”, normale und Antimaterie. Die meisten davon vernichteten sich gleich wieder zu Gammastrahlung, aber ein Überschuss Materie blieb. Das war überall ein lokaler Prozess (ebenso wie im Teilchenbeschleuniger). Es gibt keine Möglichkeit, dass sich die Antiteilchen ganz schnell und ohne Wechselwirkung an andere Orte bewegt haben könnten als die normale Materie und so eine Trennung entstehen konnte.

    Zur Entstehung von Blasen müsste vielmehr das Verhältnis der entstandenen Teilchen und Antiteilchen räumlich variiert haben, quasi eine räumliche Variation der Naturgesetze. Das ist nicht komplett ausgeschlossen, aber es gibt auch keine Beobachtung, die dies nötig machte und dann hätte man immer noch das Erklärungsproblem, warum es lokale Ungleichgewichte in der Zahl der erzeugten Teilchen bzw. Antiteilchen gab. Die dann auch noch räumlich variierten.

  3. #3 Eisentor
    13. März 2015

    Vielen Dank Florian für den tollen Podcast! Ich bin bei Folge 100 eingestiegen und inzwischen hab ich auch alle alten Folgen gehört. Ich freu mich jede Woche auf die neue Folge die ich Samstags beim Autofahren höre.

    Vielen dank nochmal..

  4. #4 AmbiValent
    13. März 2015

    @Florian

    Du bist da etwas gestolpert bei deinen Erklärungen über den Betazerfall (Proton->Neutron+Elektron+Neutrino statt umgekehrt). Das ist kein Problem für die, die es schon wissen, aber natürlich für die, die die Erklärung brauchen und evtl anderen davon erzählen wollen.

    /delete message

  5. #5 bikerdet
    13. März 2015

    @ Florian :
    Ich wollte Dir auch mal sagen, das ich den Podcast erstklassig finde. Du erklärst dort die Sachen so, das auch ein Laie wie ich sie versteht. Wie ich bereits in einem anderen Beitrag geschrieben habe, habe ich alle Folgen auf meinem I-Pod und höre sie beim laufen. Was soll das Gehirn da auch sonst tun 😉
    Ich finde es immer wieder besonders erstaunlich, das den Astronomen soviele Dinge einfallen um aus dem bischen Licht das bei uns ankommt immer wieder was neues zu erfahren. Ich drücke mal die Daumen, das das noch lange so anhält und Du uns dann darüber interessante Geschichten erzählen kannst.

  6. #6 Florian Freistetter
    13. März 2015

    Also die Geschichten gehen mir mit absoluter Sicherheit nicht aus:-)

  7. #7 ndim
    13. März 2015

    Woher wissen wir eigentlich genau, dass irgendwelche fernen beobachteten Objekte aus Materie und nicht aus Antimaterie bestehen? Gut, die Ladungen von Antimaterieteilchen sind umgekehrt, aber wie landet diese Information in den von uns empfangenen Photonen?

  8. #8 bikerdet
    13. März 2015

    @ ndim : Eigendlich ist das ganz einfach. Es muss ja ‘Grenzgebiete’ zwischen den Materiearten geben. Also müssten dort gigantische, ansonsten unerklärliche, Energiemengen abgegeben werden. Dies konnten wir aber noch nicht beobachten. Insbesondere in den frühen Phasen des Universums hätten die Materie/Antimaterie- ‘Blasen’ so engen Kontakt gehabt, das sie sich gegenseitig ‘annihiliert’ hätten. Das hat ‘Alderamin’ weiter oben ja schon eindeutig beschrieben.

  9. #9 Florian Freistetter
    13. März 2015
  10. #11 sternburg
    http://www.allesaussersport.de/
    23. März 2015

    Die Schlussfolgerung am Ende habe ich nicht verstanden.

    Beim doppelten Beta-Zerfall entstehen zwei Neutrinos. Soweit klar.

    Angenommen, das Neutrino sei sein eigenes Anti-Teilchen, dann würden sich diese beiden Neutrinos bei Kontakt (Zusatzfrage: Ist dieser Kontakt eigentlich zwingend oder könnten die auch friedlich in verschiedene Richtungen davonstreben?) gegenseitig auslöschen, auch verstanden.

    Und für einen Beobachter würde dabei die Leptonen(?)-Anzahl im Ergebnis plötzlich unter Verletzung des Erhaltungssatzes um diese zwei Neutrinos verringert sein, verstehe ich auch.

    Aber dieses Ergebnis beobachtet dieser Beobachter doch nur, weil er sich hinter der Auslöschung der Neutrinos befindet. Das ist doch ein zweiaktiges geschehen, oder nicht?

    Zuerst (erster Akt) doppelter Beta-Zerfall unter Aussendung zweier Neutrinos – Leptonen-Anzahl gleich.Wer hier bereits beobachtet (bzw. beobachten könnte), der würde keine Verletzung des Erhaltungssatzes feststellen. Erst danach (zweiter Akt) Kontakt der Neutrinos unter gegenseitigem Auslöschen. Wieder Erhaltungssatz gewahrt, weil statt dessen Energie (behaupte ich jetzt mal, sonst wäre ja jede Materie-Antimaterie-Kollision eine Verletzung dieses Erhaltungssatzes und mit der spezifischen innerhalb des neutrinolosen doppelten Betazerfalls wenig gewonnen, oder?).

    Also, was habe ich völlig falsch verstanden?

    Und noch eine Anregung: Ich bin ein großer Freund von Sätzen wie “das Wort klingt erst einmal furchtbar kompliziert, ist aber eigentlich gar nicht so schwierig, wenn man es sich der Reihe nach anschaut. Und das macht man im deutschen normalerweise von hinten. Klären wir also erstmal: Was ist ein…” und an dieser Stelle hätte ich mir das Wort “Zerfall” gewünscht. Du erklärst zwar danach Alpha- und Beta-Zerfall und damit wird es ziemlich klar. Trotzdem hätte ich mir erst einmal eine allgemeine Definition es Begriffes Zerfall in der Physik gewünscht. Ich glaube, Du unterschätzt manchmal, welche absoluten Volllaien und ehemals frustrierte Physik/Chemie-Abwähler Dir hier am Händchen in die Tiefen deines Faches mitzunehmen gelingt.

    Dafür darfst Du dann, wenn es nach mir geht, auch gerne mal fünf Minuten länger brauchen. :)

  11. #12 jw
    16. April 2015

    Die Antimaterie ist doch vorhanden!

    @Florian
    FF: „So gut wie alles, was wir sehen, besteht aus Materie.“
    Tatsächlich existiert im Universum ebenso viel Materie wie Antimaterie.

    FF: „Nach dem Urknall sollte in gleicher Menge Materie und Antimaterie entstanden sein. Und beides hätte sich gegenseitig auslöschen sollen, so dass nur Energie übrig bleibt.“
    Richtig ist, dass mit dem Urknall aus Strahlungsenergie gleich viel Materie und Antimaterie entstanden ist. Bedingt richtig ist, dass sich sämtliche Materie und Antimaterie wieder auslöschen hätten sollen.

    FF: „Anscheinend gab es damals ein bisschen mehr Materie als Antimaterie.“
    Die Theorie, dass alle 1 Milliarden Mal ein Materieteilchen mehr entstanden ist als Antimaterieteilchen, ist falsch.

    Nach dem Urknall passierte Folgendes:
    Aus Strahlungsenergie entstanden gleich viele Materie- und Antimaterieteilchen (e-, e+, …). Diese Teilchen hätten sich gegenseitig annihilieren können, was zum Teil geschah. Aber sie hatten sich auch zu größeren ‘Strukturen’ vereinigt. Auf diesem Weg zu größeren ‘Strukturen’ bildeten sich schließlich zahllose Protonen (und Neutronen), die den Großteil an Antimaterie in eigenständigen Verbindungen in sich trugen. Allerdings bildeten sich auch zahllose Antiprotonen (und Antineutronen), die ihrerseits den Großteil an subatomaren Materieteilchen in sich trugen. Deshalb löschten sich unzählige Protonen (und Neutronen*) mit ihren Antiteilchen aus. Weil sich jedoch mehr Protonen statt Antiprotonen entwickelt hatten, überstand der Überschuss an Protonen das Gemetzel. Heute werden die Protonen, Neutronen bzw. Atome als ‘Materiewelt’ gesehen, obwohl die Antimaterie in untergeordneten Verbindungen in ihnen steckt. Hätten sich nach dem Urknall zufällig gleich viele Protonen und Antiprotonen gebildet, wäre wirklich alles wieder in Strahlungsenergie übergegangen.

    *Freie Neutronen (bzw. freie Antineutronen) existieren nur rund 886 Sekunden, bevor sie in Protonen, … (bzw. Antiprotonen, …) zerfallen!

  12. #13 Mambo
    8. Mai 2015

    Ganz meine Meinung, jw.

    1. Ein Neutron zerfällt in ein Proton, in ein Elektron und in ein e-Antineutrino. Doch niemandem kommt hier etwas eigenartig vor! Wie kann ein Neutron als Materie gelten, wenn eines seiner Zerfallsprodukte Antimaterie ist? Folglich ist das Neutron nicht zu 100 % Materie. Und wo sich ein Antimaterieteilchen befindet, wird noch mehr sein. – Einen neutrinolosen Doppel-Betazerfall gibt es nicht. Emittierte e-Antineutrinos löschten sich mit allseits vorhandenen e-Neutrinos aus.

    2. Ein Neutron besteht angeblich aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks, wobei beim Zerfall zu einem Proton „eines der beiden Down-Quarks“ in ein Up-Quark, in ein Elektron und in e-Antineutrino übergeht. Und niemandem kommt hier etwas seltsam vor! Wieso zerfällt nur EIN Down-Quark? Noch nie wurde beobachtet, dass „beide Down-Quarks“ zerfallen sind! Der Grund dafür ist, dass das angeblich zweite Down-Quark kein Down-Quark ist. Es hat nur die gleiche elektrische Ladung wie das Down-Quark.

    3. Neutronen und Protonen sind birnenförmig. Aber niemandem kommt hier etwas merkwürdig vor! Obwohl Neutronen (mit udd) und Protonen (mit uud) jeweils aus drei etwa gleich großen Quarks bestehen sollen und somit fast gleich viel Raum einnehmen sollten, besitzen sie eine Birnenform. Jenes dritte d-Quark wird die Antimaterie beinhalten, wodurch ein größerer Raum beansprucht wird. Damit erklärt sich die Birnenform der Nuklearteilchen.

    4. Das Lambda-null-Baryon (mit uds) besteht angeblich aus einem Up-, einem Down- und einem Strange-Quark. Das Sigma-null-Baryon (mit uds) besteht angeblich ebenfalls aus einem Up-, einem Down- und einem Strange-Quark. Beide Baryonen haben verschiedene Massen und unterschiedliche Lebensdauer, sollen aber aus den gleichen Quarks bestehen. Und niemandem kommt hier etwas befremdlich vor! Usw.

  13. #14 JaJoHa
    8. Mai 2015

    @Mambo

    Wie kann ein Neutron als Materie gelten, wenn eines seiner Zerfallsprodukte Antimaterie ist?

    Ein Neutron besteht aus 3 Valenzquarks, ebenso das Proton. Das \bar{\nu_e} muss da rein, weil es Erhaltungsgrößen gibt. Einmal Baryonenzahl, die ist für Proton und Neutron gleich, damit logischerweise erhalten. Aber die Leptonenzahl wird ebenfalls erhalten, das Elektron hat aber +1. Also muss ein Teilchen mit -1 dazu, damit das passt. Und es muss ein Elektron sein und kein Positron, damit die Ladung erhalten bleibt, denn 0=1+(-1).

    Ein Neutron besteht angeblich aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks

    In vereinfachten Darstellungen. Tatsächlich hat man aber die drei Valenzquarks (geben Ladung und Teilchen an, außer bei angeregten Zuständen), die Gluonen und die virtuellen Quarks. Da stecken sogenante “parton distribution functions” hinter, die wurden unter anderem von den Experimenten an HERA gemessen.

    Wieso zerfällt nur EIN Down-Quark? Noch nie wurde beobachtet, dass „beide Down-Quarks“ zerfallen sind!

    Energieerhaltung (und Isospin). Proton wiegt 938,272 MeV/c², Neutron 939,565 MeV/c², beide haben Isospin 1/2. Die Teilchen mit ddd als Quarkinhalt gibt es, allerdings haben sie Massen von über 1200MeV/c² und den Isospin 3/2. Das ist also durch eine Energiedifferenz von über 300MeV verhindert.

    Neutronen und Protonen sind birnenförmig.

    Wo wurde das gemessen?

    Das Lambda-null-Baryon (mit uds) besteht angeblich aus einem Up-, einem Down- und einem Strange-Quark. Das Sigma-null-Baryon (mit uds) besteht angeblich ebenfalls aus einem Up-, einem Down- und einem Strange-Quark. Beide Baryonen haben verschiedene Massen und unterschiedliche Lebensdauer, sollen aber aus den gleichen Quarks bestehen. Und niemandem kommt hier etwas befremdlich vor!

    Das hat eine ganz einfache Erklärung: Anregungszustände von Hadronen haben sehr viel Anregungsenergie. Ein Beispiel: Die höchsten Anregungsenergien, die man bei Wasserstoffatomen erreichen kann, betragen ca 13 eV, das Atom wiegt grob 938 MeV/c². Die Anregungsenergie macht also weniger als ein millionstel der Gesamtenergie aus. Das \pi_0, ein Meson, hat 135 MeV. Das \eta, bei gleichen Quarkinhalt aber anderem Isospin, hat ca 548 MeV.
    Das hat massive Auswirkungen auf Lebensdauer und Zerfallsprodukte. Die Teilchen verhalten sich sehr unterschiedlich.

  14. #15 PDP10
    8. Mai 2015

    @JaJoHa:

    ” Neutronen und Protonen sind birnenförmig.

    Wo wurde das gemessen? “

    Ich vermute mal, dass hat er von sowas hier …

    http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/kernphysik-atomkerne-mit-der-form-einer-birne-12189257.html

    … falsch verstanden.

  15. #16 JaJoHa
    8. Mai 2015

    @PDP10
    Schon möglich, deshalb auch die Frage. Ich hoffe ja, das meine Erklärungen halbwegs verständlich sind.

  16. #17 PDP10
    8. Mai 2015

    @JaJoHa:

    “Ich hoffe ja, das meine Erklärungen halbwegs verständlich sind.”

    Das sind sie allerdings!

    Du hast nicht zufällig in letzter Zeit den Griffiths (“Introduction to Elementary Particles”) gelesen :-)

    (den ich hiermit auch @Mambo wärmstens ans Herz lege …)

  17. #18 JaJoHa
    8. Mai 2015

    @PDP10
    Danke :-)
    Den Griffiths kenne ich, der liest sich sehr gut. Der erklärt auch die Multiplets, was Mambo anscheinend komisch erscheint, relativ ausführlich. Den gibt es auch als Übersetzung auf Deutsch.

  18. #19 PDP10
    8. Mai 2015

    @JaJoHa:

    “Den Griffiths kenne ich, der liest sich sehr gut.”

    Jep!

    Das ist das Buch das man lesen sollte, wenn man feststellt, dass man doch nicht zum Teilchenphysiker geschaffen ist weil man dafür einfach zu doof ist, aber trotzdem alles darüber wissen will, was man so wissen will … oder so :-)

  19. #20 jw
    10. Mai 2015

    @Mambo
    Das 3. Quark des Protons sowie des Neutrons ist in der Tat kein Down-Quark. Dieses scheinbare ‘Down-Quark’ zerfällt in ein Elektron, in ein Elektron-Antineutrino und in ein Teilchen, das die doppelte Masse eines Down-Quarks hat.

    @JaJoHa
    Natürlich gibt es Erhaltungsgrößen. Auf der linken und rechten Seite müssen die Energiemenge und die elektrische Ladung gleich groß sein. Das mit der erhaltenen Baryonen- und Leptonenzahl ist so ‘ne Sache, wenn die Antimaterie verschwunden sein soll.

    Das Lambda-0-Baryon und das Sigma-0-Baryon haben den gleichen Isospin ½. Wenn sie aus den gleichen Quarks bestünden, wären sie identische Teilchen mit gleicher Masse – Anregungszustände hin oder her. Beim Lambda-0-Baryon ist das d von uds kein Down-Quark, beim Sigma-0-Baryon ist das s von uds kein Strange-Quark. Deshalb sind diese Baryonen so verschieden.

  20. #21 JaJoHa
    10. Mai 2015

    @jw

    Das Lambda-0-Baryon und das Sigma-0-Baryon haben den gleichen Isospin ½.

    Nein, die Spinzustände sind verschieden. Für \Lambda^0 ist I=0 und J=\frac{1}{2} (M=1116MeV/c²), aber für \Sigma^0 ist er I=1 und J=\frac{1}{2} (M=1192MeV/c²). Die Fehler auf die Massen sind kleiner als 30keV. Die Tabellen dafür finden sich hier.
    Sie müssen alle Eigenschaften berücksichtigen, also sowohl Flavor als auch Spinzustände.

    Ihre Vorstellung, das eines der Quarks “besonders” ist, hat entscheidende Schwachpunkte: Andere Massen und Eigenschaften würden bei Experimenten sofort auffallen, insbesondere bei tiefinelastischer Streuung an Nukleonen. Ihre Idee passt höchst wahrscheinlich nicht zu den gemessenen parton distribution functions.
    Vieleicht haben sie auch die virtuellen Quarks und Gluonen missverstanden, die sind aber nicht an ein spezielles Valenzquark gebunden.

  21. #22 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    11. Mai 2015

    @pdp10, jajoha

    “Den Griffiths kenne ich, der liest sich sehr gut.”

    Habt ihr zu dem Thema auch ne Literatempfehlenung in Deutsch??? Würde mich echt interessieren. …

    Lg H.

  22. #23 JaJoHa
    11. Mai 2015

    @Higgs-Teilchen
    ISBN 3-05-501627-0 sollte die übersetzte Version sein. Schau mal in der nächsten Bib vorbei.

  23. #24 PDP10
    11. Mai 2015

    @Higgs-Teilchen:

    Wie JaJoHa schon gesagt hat, gibts den Griffiths auch auf Deutsch.
    Das Teil ist allerdings leider (auch gebraucht) sau-Teuer.
    Also besser wirklich mal in der nächsten Bib gucken.

  24. #25 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    11. Mai 2015

    @JaJoHo, PDP10

    Ja, dass mit dem Sau-teuer habe ich schon bemerkt. Muss unbedingt mal in die Unibibliothek.
    Danke euch vielmals. :-)

  25. #26 jw
    12. Mai 2015

    @JaJoHa: „Die Vorstellung, dass eines der Quarks “besonders” ist, hat entscheidende Schwachpunkte: Andere Massen und Eigenschaften würden bei Experimenten sofort auffallen.“

    Das Lambda-0-Baryon und das Sigma-0-Baryon haben durchaus unterschiedliche Massen. Das angebliche ‘Down-Quark’ des Lambda-0-Baryons ist (fast) identisch mit einem klassischen Down-Quark. Dennoch beinhaltet es statt des klassischen Up-Quarks ein scheinbares ‘Up-Quark’ (inklusive Gegenmaterie) mit der elektrischen Ladung +2/3.

    Ähnliches gilt für das Sigma-0-Baryon, bei dem das angebliche ‘Strange-Quark’ mit dem klassischen Strange-Quark völlig identisch ist bzw. scheint. Sogar auf ‘Ebene’ der Down-Quarks fällt nicht auf, dass jenes ‘Down-Quark’ nur ein scheinbares ‘Down-Quark’ ist. Auch auf ‘Ebene’ der Up-Quarks fällt nichts Besonderes auf. Erst im Inneren des scheinbaren ‘Up-Quarks’ offenbart sich alles – dass zu jedem Materieteilchen ein Antiteilchen existiert.

    Plutonium und Uran sind instabile Elemente. Sie verlieren Masse, weil sich Materie und Antimaterie aus jenen “besonderen” Quarks gegenseitig auslöschen. Diese “besonderen” Quarks haben ein völlig identisches Auftreten wie die klassischen Quarks. Nur auf der ‘untersten Ebene’ der scheinbaren ‘Up-Quarks’ sieht es im Inneren anders aus.

  26. #27 JaJoHa
    12. Mai 2015

    @jw

    Das angebliche ‘Down-Quark’ des Lambda-0-Baryons ist (fast) identisch mit einem klassischen Down-Quark. Dennoch beinhaltet es statt des klassischen Up-Quarks ein scheinbares ‘Up-Quark’ (inklusive Gegenmaterie) mit der elektrischen Ladung +2/3.

    Nein. Das währe ein anderes Teilchen, weil Masse, Spin und so weiter anders währen. Das würde bei Experimenten auffallen, man bedenke nur die Präzision, mit der die Massen bestimmt werden. Die Masse von Protonen und Neutronen ist bis auf einen Fehler von 21 keV/c² gemessen. Die Masse von Quarks ist durch das confinement weniger genau, aber liegt im Bereich von mehreren MeV/c² (m_u=2.3^{+0.7}_{-0.5}\frac{MeV}{c^2} und m_d=4.8^{+0.5}_{-0.3}\frac{MeV}{c^2} Werte stammen von der particle data group).
    Und zwei Quarks kombiniert gibt ein Boson, kein Fermion.

    Plutonium und Uran sind instabile Elemente. Sie verlieren Masse, weil sich Materie und Antimaterie aus jenen “besonderen” Quarks gegenseitig auslöschen.

    Nein. Erstens, weil da keine Materie “ausgelöscht” wird. Energie, Nukleonenzahl und Ladung bleiben erhalten. Das hängt stark mit der Bindungsenergie der Nukleonen zusammen, die vereinfachte Version ist die Bethe-Weizsäcker-Formel. Es ist energetisch günstiger, wenn schwere Kerne sich in leichtere Kerne umwandeln. Die Emission von Alphateilchen ist durch den Tunneleffekt begünstigt, Betazerfall ist das Umwandeln von Protonen in Neutronen (oder auch umgekehrt, z.B. K-40) und Gammazerfall ist ein Übergang zwischen verschiedenen Anregungszuständen des Atomkerns. Außerdem ist Paarvernichtung/Annihilation als solche zu erkennen. Zum Beispiel an zwei Photonen, die (im CMS) “back to back” erzeugt werden.

    Erst im Inneren des scheinbaren ‘Up-Quarks’ offenbart sich alles – dass zu jedem Materieteilchen ein Antiteilchen existiert.

    Quarks sind auf allen bisher gemessenen Energien echte Elementarteilchen ohne Substruktur. Außerdem würde ihre Vorstellung bei einigen Prozessen Probleme bekommen. Um ein Beispiel zu nennen: Kollision von Elektron und Positron erzeugt Quarks. Der Wirkungsquerschnitt steigt jedes mal, wenn ein neues Paar q\bar{q} erzeugt werden kann (Energieerhaltung) sprungartig an. Die Sprünge passen zu den 6 Quarks, aber nicht zu 7 Quarks. Der betreffende Sprung fehlt.

    Die Antimaterie, die sie durch ihre “besonderen Quarks” da einbauen wollen, ist überflüssig. Die Begründung steckt in den parton distribution functions. Da kann man erkennen, das zusätzlich zu den Valenzquarks auch Gluonen und virtuelle Quark-Antiquark-Paare enthalten sind. Das ist zum einem eleganter, unter anderem, weil es kein neues Teilchen postuliert, sondern deckt sich außerdem mit den Beobachtungen.

    Hier kann man übrigens laufend aktualisierte Tabellen zur Teilchenphysik finden.

  27. #28 jw
    13. Mai 2015

    @JaJoHa: “Bei den scheinbaren Up-Quarks „… wären Masse, Spin usw. anders. Das würde bei Experimenten auffallen, man bedenke nur die Präzision, mit der die Massen bestimmt werden.“

    Da alle Baryonen (Neutronen usw.) jene Schein-Up-Quarks besitzen, fällt gar nichts auf – egal, wie genau die Masse bestimmt wird. Diese „anderen Teilchen“ (der Baryonen) können bei Experimenten nicht auffallen, weil die Quarks immer in zusammenhängenden Dreiergruppen existieren.

    @JaJoHa:
    „Es wird keine Materie “ausgelöscht”. Energie, Nukleonenzahl und Ladung bleiben erhalten. Betazerfall ist das Umwandeln von Protonen in Neutronen (oder auch umgekehrt, z.B. K-40).“

    K-40 → Ar-40 + Antielektron + Elektron-Neutrino
    bzw.
    Proton → Neutron + Antielektron + Elektron-Neutrino

    Wie aus dem Nichts taucht ein Antielektron auf, und die Verlautbarungen dazu sind sehr dürftig. Das Antielektron muss sich früher oder später mit einem Elektron auslöschen. Auch die Bezeichnung „Zerfall“ ist fehl am Platz, wenn das Neutron mehr Masse als das Proton aufweist. Die gesamte Darstellung, dass ein Proton in ein Neutron + Antielektron + Elektron-Neutrino übergeht, ist bizarr. Es fehlt also einiges in dieser Darstellung.

    Oder: Neutron → Proton + Elektron + Elektron-Antineutrino

    Beim Zerfall des Neutrons ergibt sich ein Elektron-Antineutrino, und die Erläuterungen dazu sind ebenso dürftig. Auch dieses Teilchen löscht sich mit einem Gegenteilchen aus. Im Schein-Up-Quark ist ‘kein Platz’ für das Elektron-Antineutrino. Deshalb taucht es auf einer übergeordneten ‘Ebene’ auf. All diese Teilchen (wie das Schein-Up-Quark oder das Down-Quark) stellen immer eine 3er-Verbindung dar. Interessant ist, dass auf den (klassischen) ‘Ebenen’ der Antimaterie nur 2 Up-Antiquarks und 2 Positronen vorkommen, welche der gesamten ‘fehlenden’ Antimaterie entsprechen.

    Es gab nie eine Asymmetrie. Diese wurde noch nie beobachtet. Zu jedem Materieteilchen gibt es ein Pendant aus Antimaterie. Wenn es nur Materie gäbe, wie sollte sie je wieder in Strahlungsenergie übergehen? Dieser Logik zufolge … niemals. Alle Materie würde ewig existieren. Das häufigste Element Wasserstoff würde immer spärlicher, bis die Zeit der Sterne abgelaufen ist.

    @JaJoHa:
    „Quarks sind auf allen bisher gemessenen Energien echte Elementarteilchen ohne Substruktur. … Die Sprünge passen zu den 6 Quarks, aber nicht zu 7 Quarks. … Die Antimaterie, die sie durch ihre “besonderen Quarks” da einbauen wollen, ist überflüssig.“

    Dass alle Quarks echte Elementarteilchen sind, sollte man lieber nicht sagen.
    z. B. Down-Quark → Up-Quark + Elektron + Elektron-Antineutrino

    Die Sprünge passen zu 6 Quarks: Ein „7. Quark“ usw. fällt nicht auf, konnte nie auffallen.

    Grundsätzlich will ich gar nichts einbauen. Nur Tatsachen sind wichtig. Der fundamentale Fehler ist, dass die ‘unauffindbare’ Antimaterie wegdiskutiert wurde, theoretische Behauptungen (wie gewisse Erhaltungsgrößen) aufgestellt wurden, um alles (ohne Antimaterie) in Einklang zu bringen. Sogar wenn immer irgendwo Antimaterie auftaucht, macht man sich nicht allzu viele Gedanken, weil die Antimaterie für überflüssig erklärt wird.

  28. #29 JaJoHa
    13. Mai 2015

    @jw

    Da alle Baryonen (Neutronen usw.) jene Schein-Up-Quarks besitzen, fällt gar nichts auf – egal, wie genau die Masse bestimmt wird. Diese „anderen Teilchen“ (der Baryonen) können bei Experimenten nicht auffallen, weil die Quarks immer in zusammenhängenden Dreiergruppen existieren.

    Das ist ein Irrtum. Die Masse von Teilchen spielt bei vielen Prozessen eine Rolle, und es ist sogar möglich, Teilchenmassen indirekt zu messen, obwohl man das betreffende Teilchen nicht erzeugen kann (zu geringe Schwerpunktsenergie). Das sieht man sehr schön am t-Quark.
    Und es gibt Mesonen, die nur zwei Quarks enthalten. Und sogar Teilchen, in denen sich Quarks und Antiquarks ineinander umwandeln (Stichworte Box-Diagram und K^0).

    Wie aus dem Nichts taucht ein Antielektron auf, und die Verlautbarungen dazu sind sehr dürftig. Das Antielektron muss sich früher oder später mit einem Elektron auslöschen. Auch die Bezeichnung „Zerfall“ ist fehl am Platz, wenn das Neutron mehr Masse als das Proton aufweist. Die gesamte Darstellung, dass ein Proton in ein Neutron + Antielektron + Elektron-Neutrino übergeht, ist bizarr. Es fehlt also einiges in dieser Darstellung.

    Suchen sie mal nach schwacher Wechselwirkung und W-Bosonen. Das W-Boson koppelt an Quarks (je ein up-type und down-type) und an Leptonen (ein geladenes und ein Neutrino).
    Im übrigen ist es völlig egal, ob ihnen das bizarr vorkommt. Das es sich um einen Zerfall in drei Teilchen handelt ist unter anderem aus dem Spektrum der Elektronen zu erkennen.
    Zum Betazerfall ist noch zu sagen, das es dort sogar mehrere Möglichkeiten gibt. Erstens den Zerfall in ein Positron und ein Elektronneutrino. Zweitens gibt es den Einfang von Elektronen aus einer der inneren Schalen, electron capture.

    Es gab nie eine Asymmetrie. Diese wurde noch nie beobachtet.

    In dem Kontext ist auf das Experiment NA 48 am CERN zu verweisen, direkter Nachweis der CP-Verletzung im neutralen Kaon.

    Dass alle Quarks echte Elementarteilchen sind, sollte man lieber nicht sagen.
    z. B. Down-Quark → Up-Quark + Elektron + Elektron-Antineutrino

    Wenn man Austauschteilchen weglässt, vieleicht. Vollständiger ist diese Darstellung.
    Und bisher sind alle Tests auf Substrukturen in den Quarks negativ gewesen, entweder weil sie keine haben oder weil die Energie noch nicht reicht.

    Nur Tatsachen sind wichtig. Der fundamentale Fehler ist, dass die ‘unauffindbare’ Antimaterie wegdiskutiert wurde, theoretische Behauptungen (wie gewisse Erhaltungsgrößen) aufgestellt wurden, um alles (ohne Antimaterie) in Einklang zu bringen. Sogar wenn immer irgendwo Antimaterie auftaucht, macht man sich nicht allzu viele Gedanken, weil die Antimaterie für überflüssig erklärt wird.

    Das ist ein Irrtum. Zum einem, weil die Erhaltungsgrößen funktionieren, lediglich unter schwacher Wechselwirkung hat man bisher Abweichungen gefunden. Aber das sind immer Prozesse höherer Ordnung und entsprechend stark unterdrückt. Für starke und elektromagnetische WW wurden noch keine Abweichungen gefunden.
    Antimaterie ist in der Teilchenphysik etwas relativ normales, weil die meisten Prozesse unter starker oder em WW ablaufen. Zum Beispiel Paarproduktion.
    Und wo soll Antimaterie “unauffindbar” sein? Im Universum mag sie selten sein, aber die meisten Teilchendetektoren wie ATLAS, CMS, D0 und sogar die alten Blasenkammern können geladene Teilchen und Antiteilchen unterscheiden, indem sie ein Magnetfeld nutzen.

  29. #30 PDP10
    13. Mai 2015

    @JaJoHa:

    “Und wo soll Antimaterie “unauffindbar” sein? “

    Grade hab ich gelernt, dass Antimaterie sogar direkt vor unserer Haustür in der Natur vorkommt:

    http://www.spektrum.de/news/raetselhafte-antimaterie-in-gewitterwolke-gefunden/1346318

  30. #31 JaJoHa
    13. Mai 2015

    @PDP10
    Ja, außerdem die kosmische Strahlung, da ist im Schauer auch ein relativ hoher Anteil Antiteilchen (sollte etwas unter 50% liegen, wenn du geladenes Zeug betrachtest). Und die durch Neutronenaktivierung/Kernphotoeffekt/Spallation erzeugen Isotope, die \beta^+-Zerfall machen.
    Das ist halt nie genug, als das man damit eine Flasche füllen und in den Vatikan bringen kann 😉

  31. #32 jw
    14. Mai 2015

    @JaJoHa: „Die Masse von Teilchen spielt bei vielen Prozessen eine Rolle, und es ist sogar möglich, Teilchenmassen indirekt zu messen, obwohl man das betreffende Teilchen nicht erzeugen kann (zu geringe Schwerpunktenergie). Das sieht man sehr schön am t-Quark. Und es gibt Mesonen, die nur zwei Quarks enthalten.“

    Die Masse spielt immer eine Rolle. Man hat jedoch Probleme, die genaue Masse der Quarks zu ermitteln, weil sie einzeln nicht vorkommen. Würden sie einzeln existieren, könnte jeder sofort erkennen, ob die allgemein anerkannte Theorie richtig ist oder nicht. Deshalb habe ich stets erwähnt, dass bezüglich der Masse der Schein-Quarks „nie etwas auffallen konnte“. Weil die einzelnen Massen der Quarks in der Gesamtmasse untergehen.
    Bezüglich der Mesonen (Quark-Antiquark-Paare) und des Top-Quarks habe ich keine Schein-Quarks festgestellt. Nur bei den restlichen 5 Quarks habe ich diese „besonderen“ Quarks bemerkt, deren Massen minimal von den herkömmlichen Quarks abweichen.

    @JaJoHa:
    „… die Erhaltungsgrößen funktionieren“

    Für die Ladung und Energiemengen richtig.

    @JaJoHa:
    „direkter Nachweis der CP-Verletzung im neutralen Kaon“
    „Und wo soll Antimaterie “unauffindbar” sein? Im Universum mag sie selten sein.“

    Richtig, es gibt nirgends Antiatome oder größere Strukturen der Antimaterie. Es existieren immer nur kurzfristig Antielektronen, Antineutrinos, … und diese Leptonen ‘pfuschen’ ihren Gegenteilchen ‘ins Handwerk’, was als Paritätsverletzung (bzgl. der schwachen Wechselwirkung) fehlinterpretiert wird. Für die starke und elektromagnetische Wechselwirkung wurden richtigerweise noch nie Abweichungen festgestellt, weil es sie nicht gibt. Aber auch für die schwache Wechselwirkung gibt es keine CPT-Verletzung.

    @JaJoHa:
    „Einfang von Elektronen aus einer der inneren Schalen“

    angeblich: Elektron + Proton → Neutron + Elektron-Neutrino

    Dieser „Elektroneneinfang aus einer Schale“ ist ebenfalls eine dubiose Behauptung, weil das Elektron aus der Schale des Protons nichts mit dem ‘Umwandlungsprozess’ zu tun hat. Zudem stellt sich die Frage, woher das Elektron-Neutrino stammt.

    Tatsächlich läuft folgender Prozess ab:
    (Elektron) + Proton + Energie → Neutron + Elektron-Neutrino

    wobei aus Strahlungsenergie 4 Teilchen entstehen:
    Energie = Elektron + Antielektron + Elektron-Neutrino + Elektron-Antineutrino

    Diese 4 Teilchen (statt der Energie eingesetzt) erklären, woher das Elektron-Neutrino stammt:

    (e-) + p+ + e- + e+ + e-Neutrino + e-Antineutrino → n + e-Neutrino

    Das Proton p+, das Elektron e- und das Elektron-Antineutrino ergeben das Neutron. Das Antielektron e+ löscht sich mit dem ursprünglichen Elektron (der Schale) aus, und das Elektron-Neutrino gesellt sich zum Neutron.

    @JaJoHa: „Beta-plus-Zerfall“

    angeblich: Proton → Neutron + Antielektron + Elektron-Neutrino
    Woher stammen das Antielektron und das Elektron-Neutrino?

    Tatsächlich läuft folgender Prozess ab:
    Proton + Energie → Neutron + Antielektron + Elektron-Neutrino

    wobei aus Strahlungsenergie 4 Teilchen entstehen:
    Energie = Elektron + Antielektron + Elektron-Neutrino + Elektron-Antineutrino

    Diese 4 Teilchen (statt der Energie eingesetzt) erklären alles:

    p+ + e- + e+ + e-Neutrino + e-Antineutrino → n + e+ + e-Neutrino

    Das Proton p+, das Elektron e- und das Elektron-Antineutrino ergeben das Neutron. Das Antielektron und das Elektron-Neutrino gesellen sich zum Neutron. Es wird ständig auf die Energie vergessen, aus der ausnahmslos zu gleichen Teilen Materie- und Antimaterieteilchen entstehen. Auch beim Beta-minus-Zerfall lässt man die Energie oft außen vor:

    Neutron → Proton + Elektron + Elektron-Antineutrino + Energie

  32. #33 JaJoHa
    14. Mai 2015

    @jw

    Deshalb habe ich stets erwähnt, dass bezüglich der Masse der Schein-Quarks „nie etwas auffallen konnte“. Weil die einzelnen Massen der Quarks in der Gesamtmasse untergehen.
    Bezüglich der Mesonen (Quark-Antiquark-Paare) und des Top-Quarks habe ich keine Schein-Quarks festgestellt. Nur bei den restlichen 5 Quarks habe ich diese „besonderen“ Quarks bemerkt, deren Massen minimal von den herkömmlichen Quarks abweichen.

    Es ist eigentlich ganz einfach: Wenn die Quarks eine Eigenschaft anders haben, dann haben sie eine weitere Quantenzahl. Damit unterscheidet sich der Zustand in einer QZ und die sind unterscheidbar. Das hat unter anderem Auswirkungen auf die Spinzustände. Unter anderem sollte dann ein Zustand mit 3/2 Spin nur relativ wenig Anregungsenergie haben, weil alle drei Quarks (weil unterschiedliche QZ) im Grundzustand mit parrallelen Spin sein könnten. Das wird nicht beobachtet.

    es gibt nirgends Antiatome

    CERN, die Experimente am AD, sammeln von Antimaterie (Protonen) für Experimente.

    Es existieren immer nur kurzfristig Antielektronen, Antineutrinos, … und diese Leptonen ‘pfuschen’ ihren Gegenteilchen ‘ins Handwerk’, was als Paritätsverletzung (bzgl. der schwachen Wechselwirkung) fehlinterpretiert wird.

    Haben sie eine ungefähre Ahnung, wie gut die Eigenschaften der Austauschteilchen der schwachen WW gemessen wurden? Falls nein, suchen sie nach LEP.
    Und wieso sollten Leptonen die CP-Verletzung erzeugen? Dafür sind die Austauschteilchen verantwortlich, das W-Boson verletzt zum Beispiel P. Das wurde im Wu-Experiment gezeigt. In dem Kontext gehören auch die Zusammenhänge zwischen W und Z-Boson.

    „Einfang von Elektronen aus einer der inneren Schalen“

    angeblich: Elektron + Proton → Neutron + Elektron-Neutrino

    Dieser „Elektroneneinfang aus einer Schale“ ist ebenfalls eine dubiose Behauptung, weil das Elektron aus der Schale des Protons nichts mit dem ‘Umwandlungsprozess’ zu tun hat. Zudem stellt sich die Frage, woher das Elektron-Neutrino stammt.

    Aus der Beteiligung eines W-Bosons. Der Einfang an sich erzeugt Röntgenstrahlung, weil dem Atom anschließend ein Elektron in der K-Schale fehlt. Das führt entweder zu Röntgenstrahlung (Anregungsenergien der inneren Schalen laufen wie Wasserstoff mal z²) oder zu Auger-Elektronen.
    Der Prozess ist unter anderem dadurch möglich, das die Aufenthaltswahrscheinlichkeit für Elektronen im s-Orbital bei kleinen Radien nicht verschwindet. Deshalb tritt das vorallem bei 1s-Elektronen auf, denn die haben im Bereich des Kerns relativ große Aufenthaltswahrscheinlichkeiten. Welches Elektron eingefangen wurde ist aus der Energie der Röntgenstrahlung erkennbar. Das sind also keine Behauptungen, sondern man kann es überprüfen.

    Energie = Elektron + Antielektron + Elektron-Neutrino + Elektron-Antineutrino

    Ich will mal kurz erwähnen, welche Teilchen sie dazu als Austauschteilchen bräuchten. Erstens ein Z-Boson (ca 90GeV schwer) für die beiden Neutrinos und zweitens ein zweites Z oder ein Photon für die beiden geladenen Leptonen. Da tritt das erste Problem auf: Sie brauchen mehr Austauschteilchen (mindestens 3, da müsste noch ein virtuelles W-Boson rein). Das unterdrückt einen Prozess, insbesondere wenn man das schwerere Austauschteilchen nehmen will und so wenig Energie im Spiel ist. Der zweite Punkt: Sie müssen sowohl an u und d Quarks als auch an geladene und ungeladene Leptonen koppeln. Z-Bosonen erhalten aber flavor. W-Bosonen dagegen koppeln sehr gut innerhalb einer Generation (Zerfälle von W-Bosonen sind meistens in ud, cs oder bei genug Energie bt). Außerdem sind die leptonischen Zerfälle \bar{l}+\nu_l und auch da macht das W-Boson gerne mit.

    Das Proton p+, das Elektron e- und das Elektron-Antineutrino ergeben das Neutron.

    Ein gebundener Zustand, hm? Ein Wort: Nein. Begründung: parton distribution function. Die Streuung bei der Aufklärung der pdf beinhaltet schwache WW und genug Energie, da würden Leptonen auffallen. Außerdem passt das nicht, weil sie ein Elektron in einem sehr kleinen Volumen einschließen, das funktioniert in der Quantenmechanik aber nicht so einfach.

    Das Antielektron e+ löscht sich mit dem ursprünglichen Elektron (der Schale) aus, und das Elektron-Neutrino gesellt sich zum Neutron.

    Und erzeugt zwei Photonen int entgegengesetzte Richtungen mit 511keV, die man nicht beobachtet. Das ist ein weiterer Punkt, wo ihr Modell nicht zur Beobachtung passt.

    Es wird ständig auf die Energie vergessen, aus der ausnahmslos zu gleichen Teilen Materie- und Antimaterieteilchen entstehen. Auch beim Beta-minus-Zerfall lässt man die Energie oft außen vor:

    Neutron → Proton + Elektron + Elektron-Antineutrino + Energie

    Die Energie und Impulserhaltung werden in den Berechnungen berücksichtigt. In jedem Vertex wird das sichergestellt und hier kann man einen kleinen Einblick bekommen.
    In den vereinfachten Darstellungen läßt man so Details weg.

    ISBN 3-05-501627-0 ausleihen und lesen, dann wird ihnen vieles klar. Oder ein anderes Lehrbuch über Kern und Teilchenphysik. Denn mit Alltagserfahrungen kommt man in der Quantenmechanik oder der speziellen Relativitätstheorie nicht weit und beides spielt in der Teilchenphysik eine große Rolle.

  33. #34 jw
    15. Mai 2015

    @JaJoHa: „Wenn die Quarks eine Eigenschaft anders haben, dann haben sie eine weitere Quantenzahl. Damit unterscheidet sich der Zustand in einer QZ und die sind unterscheidbar. … Das wird nicht beobachtet.“

    Das ist genau die Methode, die zu kritisieren ist. Es werden Regeln aufgestellt, die strikt eingehalten werden. Und wenn etwas nicht beobachtet wird, dann hat es nicht stattgefunden. Tatsächlich kann die aufgestellte Regel unzuverlässig sein oder die Vorgänge werden (wegen zu kurzer Zeit) übersehen oder die Apparaturen sind nicht gut genug. Noch nie konnte man in das Innere eines Quarks blicken. Man darf sich auch nicht vorstellen, dass im Inneren eines Schein-Up-Quarks die Antiteilchen einzeln herumschweben, sondern sie stellen bestenfalls eine Art Verbund dar – in welcher Form auch immer. Schon aus diesem Grund können aufgestellte Regeln versagen.

    Zu den Antiatomen: Am CERN wird Antimaterie nur kurzfristig künstlich geschaffen. Sonst existieren Antiatome nicht.

    @JaJoHa:
    „Haben sie eine ungefähre Ahnung, wie gut die Eigenschaften der Austauschteilchen der schwachen WW gemessen wurden? Wieso sollten Leptonen die CP-Verletzung erzeugen?“

    Es ist ein gewaltiger Unterschied, ob ein Teilchen bereits existiert und in ein anderes Teilchen mittels Austauschteilchen ‘umgewandelt’ wird. Oder ob ein Teilchen im Begriff ist, zu entstehen, und während der Entstehung von einem Gegenteilchen ausgelöscht wird. Dass in diesem Fall nichts von Austauschteilchen zu bemerken ist, sollte nicht verwundern.

    Es gibt keine CP-Verletzung. Wenn aus Strahlungsenergie ein e- und ein e+ entstehen und das entstehende e+ sich mit einem e- eines Experiments auslöscht, und stattdessen das neu entstandene e- in eine andere Richtung (als das ursprüngliche e-) fliegt, dann erklärt sich die angebliche Paritätsverletzung des Wu-Experiments.

    @JaJoHa:
    „Der Einfang an sich erzeugt Röntgenstrahlung, weil dem Atom anschließend ein Elektron in der K-Schale fehlt. … Welches Elektron eingefangen wurde, ist aus der Energie der Röntgenstrahlung erkennbar.“

    Richtig ist: Ein Elektron in der Schale fehlt, weil sich ein e- und ein e+ ausgelöscht haben. Aus diesem Grund entsteht die Strahlung. Und nicht, weil ein „’Elektroneneinfang’ an sich Röntgenstrahlung erzeugt“.

    @JaJoHa:
    Energie = Elektron + Antielektron + Elektron-Neutrino + Elektron-Antineutrino
    „Ich will mal kurz erwähnen, welche Teilchen sie dazu als Austauschteilchen bräuchten. Erstens ein Z-Boson, ein zweites Z oder ein Photon …“

    Kein einziges Proton kann – von selbst – in ein (massereicheres) Neutron ‘umgewandelt’ werden, denn dafür ist zusätzlich Energie nötig – ‘Bindungsenergie’ aus dem Atomkern, wo alles ‘aufbereitet und verwertet’ wird. Deswegen wird keines der Austauschteilchen registriert.

    Menschen werden mit Armen und Beinen geboren. Das ist die Regel – bis zu dem Tag, an dem die ersten Personen ohne Arme geboren werden (Kontergan). Entweder ist die Regel falsch oder sie stimmt nicht immer. Oder es hat etwas ‘hineingepfuscht’. Ich behaupte, dass bei den subatomaren Teilchen zumindest etwas ‘hineinpfuscht’. Und es ist ein Unterschied, ob bestehende Teilchen ‘umgewandelt’ werden oder ob entstehende Teilchen eliminiert werden oder ob sie aus ‘Bindungsenergie’ hervorgehen.

    @JaJoHa:
    Das Proton, das Elektron und das Elektron-Antineutrino ergeben das Neutron.
    „Ein gebundener Zustand, hm? Ein Wort: Nein. Begründung: parton distribution function.“

    Irgendwie muss ich die Teilchen beim Namen nennen. Man soll das nicht so direkt als „gebundener Zustand“ nehmen. Und ich lasse mit Absicht die Austauschteilchen weg (die zum Teil nicht mal registriert werden) – genauso wie andere die Energie weglassen, was viel schwerwiegender ist.

    @JaJoHa:
    „Suchen sie mal nach schwacher Wechselwirkung und W-Bosonen. Das W-Boson koppelt an Quarks (je ein up-type und down-type) und an Leptonen …“

    Die W-Bosonen sollen bei maximaler Paritätsverletzung das Flavour (Teilchenart) ändern – z. B. von einem Elektron in ein Elektron-Neutrino und umgekehrt. Bei Quarks wäre die CKM-Mischung zu beachten: So kann z. B. ein u-Quark durch das W- in ein d-Quark ‘umgewandelt’ werden.

    Ich behaupte, dass sich kein einziges winziges Elektron-Neutrino in ein weitaus massereicheres Elektron umwandeln kann (und umgekehrt).
    e- → e-Neutrino
    (mittels W-)
    e-Neutrino → e-

    Tatsächlich läuft folgender Prozess ab:
    Aus Strahlungsenergie E sind e- + e+ + e-Neutrino + e-Antineutrino entstanden. Ein bestehendes Elektron löscht sich mit dem Antielektron (aus E) aus, wobei das e-Neutrino (aus E) in die gleiche Richtung (des ursprünglichen Elektrons) weiterfliegt. Und ein bestehendes e-Neutrino löscht sich mit dem e-Antineutrino (aus E) aus, wobei das Elektron (aus E) in die gleiche Richtung (des ursprünglichen e-Neutrinos) weiterfliegt. Eine Paritätsverletzung hat nicht stattgefunden.
    e- (+ e+ + e-Neutrino) → e-Neutrino
    und
    e-Neutrino (+ e-Antineutrino + e-) → e-

    @JaJoHa:
    „Das W-Boson koppelt an Quarks (je ein up-type und down-type) …“
    „Ein u-Quark kann durch das W- in ein d-Quark umgewandelt werden.“

    Dieses u-Quark kann nur ein Up-Antiquark u- sein, wobei sich ein Down-Antiquark d+ ergibt. Und aus einem Elektron-Neutrino soll ein Elektron entstanden sein.
    u- → d+
    (mittels W-)
    e-Neutrino → e-

    Tatsächlich läuft folgender Prozess ab:
    Aus Strahlungsenergie E sind wieder e- + e+ + e-Neutrino + e-Antineutrino entstanden. Das Up-Antiquark u- hat mit dem Antielektron (aus E) und dem e-Neutrino (aus E) das Down-Antiquark d+ gebildet. Und das e-Neutrino hat sich mit dem e-Antineutrino (aus E) ausgelöscht, während das Elektron (aus E) in Richtung des ursprünglichen e-Neutrinos weitergeflogen ist. Es gab keine Paritätsverletzung.
    u- (+ e+ + e-Neutrino) → d+
    und
    e-Neutrino (+ e-Antineutrino + e-) = e-

    Wenn stets das gleiche einfache und verständliche Schema ohne Makel anwendbar ist, dann werden die offiziellen eigenwilligen Erklärungen nicht der Realität entsprechen.

  34. #35 JaJoHa
    16. Mai 2015

    @jw

    Das ist genau die Methode, die zu kritisieren ist. Es werden Regeln aufgestellt, die strikt eingehalten werden. Und wenn etwas nicht beobachtet wird, dann hat es nicht stattgefunden

    Und wenn man das nicht macht, dann landet man bei Begriffen wie “Gott” oder sieht rosa Elefanten.
    Es macht wenig Sinn, ein Modell zu benutzen ohne es zu testen und zu wissen, ob es die Beobachtungen korrekt beschreibt.

    Tatsächlich kann die aufgestellte Regel unzuverlässig sein oder die Vorgänge werden (wegen zu kurzer Zeit) übersehen oder die Apparaturen sind nicht gut genug. Noch nie konnte man in das Innere eines Quarks blicken.

    Wenn man etwas nicht messen kann, dann werden üblicherweise Grenzen angegeben. Innerhalb dieser Grenzen wurde das mit einer gewissen Präzision gemessen. Zum Beispiel m_{\nu_e}\leq 2eV mit CL 90%. Oder das angeregten Quarks bis 3.5 TeV gefunden wurden mit CL 95%.

    Man darf sich auch nicht vorstellen, dass im Inneren eines Schein-Up-Quarks die Antiteilchen einzeln herumschweben, sondern sie stellen bestenfalls eine Art Verbund dar – in welcher Form auch immer.

    Solange sie da keine konkreten, überprüfbaren Vorhersagen machen, hilft eine derartige Aussage nicht weiter.

    Es ist ein gewaltiger Unterschied, ob ein Teilchen bereits existiert und in ein anderes Teilchen mittels Austauschteilchen ‘umgewandelt’ wird. Oder ob ein Teilchen im Begriff ist, zu entstehen, und während der Entstehung von einem Gegenteilchen ausgelöscht wird. Dass in diesem Fall nichts von Austauschteilchen zu bemerken ist, sollte nicht verwundern.

    Sie haben anscheinend nicht das Konzept von Austauschteilchen verstanden. Das sollten sie sich einmal anschauen, dann sehen sie, das ihre Aussage keinen Sinn ergibt. Sowohl in Paarproduktion als auch Anihilation und den anderen Wechselwirkungen stecken Austauschteilchen.

    Es gibt keine CP-Verletzung. Wenn aus Strahlungsenergie ein e- und ein e+ entstehen und das entstehende e+ sich mit einem e- eines Experiments auslöscht, und stattdessen das neu entstandene e- in eine andere Richtung (als das ursprüngliche e-) fliegt, dann erklärt sich die angebliche Paritätsverletzung des Wu-Experiments.

    Dann müsste man 511keV Photonen beobachten. Tut man aber nicht. Das ignorieren sie die ganze Zeit. Außerdem würde das P nicht verletzen und man hätte keine P-Verletzung beobachtet. Aber man beobachtet P-Verletzung, womit ihr Modell in Probleme kommt.

    „Der Einfang an sich erzeugt Röntgenstrahlung, weil dem Atom anschließend ein Elektron in der K-Schale fehlt. … Welches Elektron eingefangen wurde, ist aus der Energie der Röntgenstrahlung erkennbar.“

    Richtig ist: Ein Elektron in der Schale fehlt, weil sich ein e- und ein e+ ausgelöscht haben. Aus diesem Grund entsteht die Strahlung. Und nicht, weil ein „’Elektroneneinfang’ an sich Röntgenstrahlung erzeugt“.

    Sie das anscheinend falsch verstanden. Die Röntgenstrahlung ist eine Folge des “Auffüllens” der entstandenen “Lücke” in der K-Schale.
    Sie wissen schon, das man bei Röntgenstrahlung auch die Energie messen kann? Annihilation von Elektron-Positron erzeugt aus Gründen von Energie und Impulserhaltung praktisch immer zwei Photonen mit jeweils 511 keV Energie.
    Bei ihrer Vorstellung entstehen drei Photonen: 2 mal 511 keV aus dem Elektron-Positron und ein mal 13*z² eV. Und das würde direkt hintereinander weg passieren, in weniger als 1 Sekunde und unabhängig von der Aktivität der Quelle.

    Und es ist ein Unterschied, ob bestehende Teilchen ‘umgewandelt’ werden oder ob entstehende Teilchen eliminiert werden oder ob sie aus ‘Bindungsenergie’ hervorgehen.

    Das ist falsch. Beispielsweise kann man ein µ aus dem Zerfall geladener Mesonen erzeugen oder aus Kollisionen von Elektronen (oder Elektronen mit Positronen und viele andere Prozesse). Die Eigenschaften der µ sind immer gleich, unabhängig vom erzeugenden Prozess.

    Ich behaupte, dass sich kein einziges winziges Elektron-Neutrino in ein weitaus massereicheres Elektron umwandeln kann (und umgekehrt).

    Sie verstehen anscheinend das Prinzip nicht. Sie ignorieren die restlichen Teilchen, die an dem Prozess beteiligt sind, und dann kann das Kinematisch nicht passen.
    Man kann aus Elektronen (511keV/c² schwer) und genug Energie Z-Bosonen (91GeV/c² schwer) erzeugen.

    Tatsächlich läuft folgender Prozess ab:
    Aus Strahlungsenergie E sind e- + e+ + e-Neutrino + e-Antineutrino entstanden. Ein bestehendes Elektron löscht sich mit dem Antielektron (aus E) aus, wobei das e-Neutrino (aus E) in die gleiche Richtung (des ursprünglichen Elektrons) weiterfliegt. Und ein bestehendes e-Neutrino löscht sich mit dem e-Antineutrino (aus E) aus, wobei das Elektron (aus E) in die gleiche Richtung (des ursprünglichen e-Neutrinos) weiterfliegt. Eine Paritätsverletzung hat nicht stattgefunden.

    Das funktioniert so nicht. Das Neutrino, das sie aus der Umgebung ziehen wollen ist ein Grund. Das bringt (eine zufällige Menge) Energie und Impuls rein. Außerdem braucht das eine Wechselwirkung zwischen Neutrinos, die sehr klein ist. Es entsteht 511 keV Gammastrahlung.
    Und es braucht viel mehr Wechselwirkungen.

    Wenn stets das gleiche einfache und verständliche Schema ohne Makel anwendbar ist, dann werden die offiziellen eigenwilligen Erklärungen nicht der Realität entsprechen.

    Abgesehen von dem Problem, das ihre Erklärung nicht zu den Beobachtungen passt. Das fängt bei der Kinematik an. Dann würde ihr Modell Gammastrahlung vorhersagen, die nicht beobachtet wird. Sie können außerdem die Z-Resonanz bei 91 GeV nicht erklären.
    Das sind Punkte, die wichtig sind. Kinematik und Gammastrahlung sind gut zu beobachten und da würden Abweichungen auffallen. Und im Bereich der Z-Resonanz sind die Messdaten extrem präzise und die Eigenschaften von W und Z wurden sehr ausführlich gemessen.
    Ihr Modell passt ganz einfach nicht zu den Beobachtungen, was ein sehr großes Makel ist.

  35. #36 jw
    30. Mai 2015

    @JaJoHa:
    Zu den Feynman-Diagrammen: Die Behauptungen (auf Seite 4), ein Positron e+ inklusive virtuelles Photon y* ergäbe ein Elektron e- oder …

    e+ + y → e+ … oder …

    e+ + e- → y + y … usw. sind falsch. (Das 2. Photon stammt von einem anderen Prozess!)

    Entweder es existiert ein Photon oder es existiert nicht. Ein virtuelles (scheinbares) Photon, das offenbar nicht beobachtet wird, gibt es nicht! Ständig wird von virtuellen Photonen und virtuellen Teilchen berichtet. Und ein e- kann sich nicht in ein e+ (und umgekehrt) umwandeln. All dies erinnert an die Behauptung, „ein Teilchen wäre sein eigenes Antiteilchen“, was ebenso falsch ist.

    @Feynman:
    Zu e+ + y → e+ (Seite 4 oben):
    Wenn auf der linken Seite ein Photon (y-Strahlung) vorhanden ist, muss es auch auf der rechten Seite vorhanden sein! Falls sich das Antielektron und das Photon nicht in die Quere kommen, müssen sie auch auf der rechten Seite aufscheinen: e+ + y → e+ + y
    Wenn e+ und y etwas miteinander zu tun haben, kann man die Strahlung trotzdem nicht vernachlässigen (was von mir stets kritisiert wurde). Richtig ist die Schreibweise

    e+ + e- → y oder y → e+ + e- (Seite 4 oben)

    … während e+ + e- → y + y (wie berichtet) falsch ist! Tatsächlich läuft folgender Prozess ab:
    e+ + y → …

    e+ + (e- + e+) → …
    Aus Strahlung y entstehen e- und e+, wobei sich das e- mit dem ursprünglichen e+ auslöscht und in Strahlung übergeht, die auf der rechten Seite ‘vergessen’ wurde (weil sie angeblich nicht beobachtet wird)! Das Ergebnis lautet:
    e+ + (e- + e+) → e+ + y

    wobei das ursprüngliche e+ (auf der linken Seite) mit dem e+ der rechten Seite nichts zu tun hat. Und die Strahlung y (rechte Seite) muss logischerweise auch vorhanden sein. Dass aus Strahlungsenergie ein e+ und ein e- entsteht, und ein e+ mit dem e- sofort wieder in Strahlung übergeht, wird vom Experimentator gar nicht wahrgenommen. Zu kritisieren ist außerdem, dass nicht nur (zum Teil) auf die Strahlung, sondern auch auf alle Neutrinos und Antineutrinos vergessen wird. Des weiteren konnte bis heute kein Experimentator in das Innere eines Quarks blicken. Nur durch den sog. ‘Zerfall’ wurden Informationen aus dem Inneren gewonnen. Ist der ‘Zerfall’ gestoppt, ist man schnell mit dem Latein am Ende.

    @Feynman:
    Zu e+ + e- → µ+ + µ- (Seite 4 Mitte):
    Abermals wurden sämtliche Neutrinos und Antineutrinos und die Strahlungsenergie vernachlässigt. Ansonsten wäre die Darstellung ‘richtig’.
    e- + e+ → µ- + µ+ (… z. B.: -0,5 + 0,5 = -105,6 + 105,6)

    Aber in der dazugehörigen Zeichnung (Seite 4 Mitte) erfolgt eine andere Darstellung:
    e- → e+ und µ+ → µ- (mittels y-Strahlung)

    Das bedeutet: Aus -0,5 wird +0,5 und aus +105,6 wird -105,6, was völlig falsch ist. Tatsächlich ‘zerfällt’ (über das Kaon+) das Antimyon µ+ und das Myon-Neutrino in ein Antielektron e+ und in ein Elektron-Neutrino inklusive Strahlungsenergie. Der umgekehrte Ablauf beträfe demnach e- + … → µ- + …! Und jede andere Darstellung ist falsch. Wie viel Strahlung beteiligt ist, kann man sich wieder selbst zusammenreimen.

    @JaJoHa:
    Wenn aus Strahlung e- und e+ entstehen …, „dann müsste man 511keV Photonen beobachten. Tut man aber nicht. Das ignorieren Sie die ganze Zeit.“

    Demzufolge müsste man eigentlich 1022 keV messen. – Weil aber überall Strahlung ‘herumschwirrt’, wird eine an einem Prozess beteiligte Strahlung gar nicht separat wahrgenommen. D. h.: Wenn an einem Ausgangsmesspunkt 10 Elektronen und am Zielmesspunkt nur mehr 9 Elektronen registriert werden, weiß ein Experimentator gar nicht, was in der Zwischenzeit passiert ist, weil er nicht jeden Sekundenbruchteil und jeden Trillionstel-mm³ im Raum überblicken kann. Überdies geht im Raum (zwischen den 2 Messpunkten) permanent Strahlung in Materie und Antimaterie über, um sich sofort wieder auszulöschen (siehe Quantenphysik). Die überall vorhandene Strahlung wandelt sich für minimalste Sekundenbruchteile z. B. in ein e+ und in ein e- um. Dass sich eines jener 10 Elektronen mit dem e+ auslöscht und wieder in Strahlung übergeht, und das neu entstandene e- nie den Zielmesspunkt erreicht, sollte nicht überraschen. An der Menge der Strahlung zwischen den zwei Messpunkten hat sich nichts geändert. Deshalb wird ‘zusätzliche’ Strahlung nicht beobachtet. Alles scheint unverändert: Die Art bzw. die Menge der Teilchen und der Strahlung ist völlig gleich (wie zu Versuchsbeginn). Allerdings fliegt ein bestimmter Prozentsatz der Elektronen „unerklärlicherweise“ in eine andere Richtung, wodurch eine Regel verletzt sein soll.

    @JaJoHa:
    Dass es ein Unterschied ist, ob bestehende Teilchen umgewandelt werden oder ob entstehende Teilchen eliminiert werden, „ist falsch. Beispielsweise kann man ein µ aus dem Zerfall geladener Mesonen erzeugen oder aus Kollisionen von Elektronen …“

    Wenn ein Myon und ein Myon-Antineutrino in ein Elektron und in Elektron-Antineutrino zerfallen, entsteht zusätzliche Energie von 105 MeV, die zuvor nicht detektiert wurde. Wenn massemäßig größere Teilchen in massemäßig kleinere Teilchen zerfallen, ergibt sich zusätzliche Strahlungsenergie – im Gegensatz zum vorherigen Beispiel. (Oder: Kaon+ → Antimyon + Myon-Neutrino + 388 MeV)

    @JaJoHa:
    Wenn man sagt, kein Elektron-Neutrino kann sich in ein weitaus massereicheres Elektron umwandeln und umgekehrt. „dann verstehen Sie anscheinend das Prinzip nicht. Sie ignorieren die restlichen Teilchen, die an dem Prozess beteiligt sind.“

    Das Elektron-Neutrino, das Elektron und das Up-Quark sowie ihre Antiteilchen sind in der Tat elementare Teilchen. Sie (bestehen zwar nochmals aus 3 Bestandteilen, aber sie) lassen sich nicht in noch kleinere subatomare Teilchen zerlegen – und auch nicht in ein anderes Teilchen umwandeln. Die ‘Umwandlung’ eines Protons in ein Neutron und umgekehrt ist (ein etwas unglücklicher Begriff, aber) sehr wohl möglich, weil mit Energie bzw. anderen Teilchen aus einem Proton ein Neutron entsteht bzw. ein Neutron in ein Proton usw. ‘zerfällt’.

    Ein elementares Elektron-Neutrino lässt sich nicht in ein elementares Elektron ‘umwandeln’ – egal, wie viel Energie und welche Bosonen daran beteiligt sein sollen. Ein Down-Quark ‘zerfällt’ in ein Up-Quark, in ein Elektron und in ein Elektron-Antineutrino (plus 1,293 MeV). Umgekehrt wandelt sich ein Up-Quark nicht wirklich in ein Down-Quark um, sondern ein Up-Quark ist ‘Bestandteil’ des Down-Quarks. Hingegen kann das Elektron-Neutrino kein ‘Bestandteil’ des Elektrons sein (und umgekehrt), weshalb in diesem Fall keine ‘Umwandlung’ möglich ist – Austauschteilchen, Energie oder angebliche Paritätsverletzung hin oder her. CPT-Verletzungen gibt es nicht – auch bei der schwachen Wechselwirkung nicht! Gewisse Regeln, die aufgestellt wurden, stimmen so nicht. Die Erklärungen mit den Austauschteilchen und den beteiligten Energiemengen sind fehlerhaft. Solange man an der Paritätsverletzung und den falschen Regeln, … festhält und Andersdenkende als begriffsstutzig hinstellt, wird sich nichts zum Besseren wenden.

    Die Haupt-Aussagen lauten: „So funktioniert das nicht. Das wird nicht beobachtet.“ Vieles wird nicht beobachtet, weil es im Hintergrund abläuft oder weil es nicht beobachtet werden kann. Ständig werden die Energiewerte weggelassen, ständig wird man mit falschen Daten sowie (angeblichen) Erkenntnissen gefüttert, und ich kann mir dann zusammenreimen, ob Strahlung festgestellt wurde (oder nicht) und ob die (angebliche) Beobachtung einen Sinn ergibt oder nicht.

    @Wikipedia:
    Beim ‘Zerfall des Neutrons’ steht unter Wikipedia: „Neutronen unterliegen der schwachen Wechselwirkung: Der hierdurch verursachte Beta-minus-Zerfall bewirkt die Umwandlung eines Neutrons in ein Proton, ein Elektron und ein e-Antineutrino. Der Beta-minus-Zerfall betrifft sowohl freie als auch gebundene Neutronen.“

    n → p+ + e- + e-Antineutrino + 0,78 MeV

    Grundsätzlich ist diese ‘Gleichung’ richtig: 939,56 → 938,27 + 0,51 + x + 0,78
    Auch wenn dieser ‘Zerfall’ etwas anders abläuft, denn auf Quantenebene emittiert über das Down-Quark (des Neutrons) ein W-, wobei es sich in ein Up-Quark ‘umwandelt’. Über das W-Boson erhält man schließlich ein Elektron und e-Antineutrino. Wenn ein W- beteiligt ist, muss zusätzliche Energie im Spiel sein, von der nirgends berichtet wird. [Was genau im Hintergrund über das W- abläuft, erspare ich mir – wobei die Ausgangs- immer der End-Energiemenge entspricht (Energieerhaltungssatz)!]

    Unter Wikipedia: „Der umgekehrte Prozess tritt z. B. bei der Entstehung eines Neutronensterns auf.“

    p+ + e- + 0,78 MeV → n + e-Neutrino

    Diese ‘Gleichung’ ist falsch: 938,27 + 0,51 + 0,78 → 939,56 + x
    Man erkennt auch anhand der Zahlen den Unterschied zur obigen ‘Gleichung’.
    Diese unrichtige Darstellung ist die Folge von falschen Regeln – als sei es egal, ob ein e-Neutrino auf der rechten Seite oder ein e-Antineutrino auf der linken Seite steht.

    Bzgl. der ‘Entstehung von Neutronensternen’ steht unter Wikipedia: „Dabei treten extrem starke Kräfte auf, die bewirken, dass die Elektronen in die Atomkerne gepresst werden und sich Protonen und Elektronen zu Neutronen verbinden.“

    Wenn ich so etwas behaupten würde, käme sofort die Antwort: „Ein gebundener Zustand, hm? Ein Wort: Nein. Begründung: parton distribution function.“ Wenn aber in Lehrbüchern oder bei Wikipedia so etwas steht, ist es egal. Dabei hatte ich nur erwähnt, dass ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino ein Neutron ergeben.

    Was aber viel schlimmer ist, ist die Aussage, dass bei der Entstehung eines Neutronensterns bereits ein Proton und ein Elektron genügen sollen, um ein Neutron entstehen zu lassen, wobei das Elektron (der Hülle) auch noch in den Atomkern gepresst werden soll?!?! Solch eine Beobachtung kann nie gemacht worden sein, weil sie niemals stattgefunden hat. [Was genau ‘verborgen’ im Hintergrund über sog. ‘Austauschteilchen’ abläuft, erspare ich mir lieber.]

  36. #37 JaJoHa
    1. Juni 2015

    @jw

    Entweder es existiert ein Photon oder es existiert nicht. Ein virtuelles (scheinbares) Photon, das offenbar nicht beobachtet wird, gibt es nicht! Ständig wird von virtuellen Photonen und virtuellen Teilchen berichtet. Und ein e- kann sich nicht in ein e+ (und umgekehrt) umwandeln. All dies erinnert an die Behauptung, „ein Teilchen wäre sein eigenes Antiteilchen“, was ebenso falsch ist.

    Sie haben also anscheinend nicht verstanden, wie man mit Feynmandiagrammen arbeitet und wie sie zu lesen sind. Ein Feynmandiagram hat interne und externe Linien. Interne sind für den Beobachter nicht direkt sichtbar. Allerdings haben sie dennoch Bedeutung. Die verschiedenen Diagramme müssen alle berücksichtigt werden und bringen Korrekturen in das Endergebnis ein. Die einfachen Diagramme mit 2 Vertices sind nur relativ grobe Näherungen und die Beiträge höherer Ordnung sind für eine präzisere Beschreibung erforderlich. Ein Beispiel ist das neutrale Kaon und seine Oszillationen, außerdem können die höheren Ordnungen zum Beispiel Effekte auf die differentiellen Wirkungsquerschnitte haben.
    Virtuelle Teilchen sind für die Beschreibung der Prozesse erforderlich und ihre Beteiligung kann man ebenfalls nachweisen. Ein extrem gutes Beispiel ist das Z-Boson und seine Resonanz und der Wirkungsquerschnitt abhängig von der Schwerpunktsenergie.
    Und um einen draufzusetzen: Es sind Teilchen möglich, die ihr eigenes Antiteilchen sind und das ist bei gebundenen Zuständen garnicht besonders. Zum Beispiel das \bar{c}c, auch bekannt als J/\Psi.

    Zu e+ + y → e+ (Seite 4 oben):

    Da müssen sie sich irren. Auf der Seite 4 sind zwei Prozesse zur Paarproduktion von µ aus e und einmal \gamma e^+e^-. Einen e^+e^+\gamma gibt es, das hätte man bei Streuung und der steht auf Seite 3.

    … während e+ + e- → y + y (wie berichtet) falsch ist!

    Gratulation, wenn dieser Prozess in ihrem Modell falsch ist, dann passt ihr Modell nicht zu den Beobachtungen und ist zu verwerfen.

    Dass aus Strahlungsenergie ein e+ und ein e- entsteht, und ein e+ mit dem e- sofort wieder in Strahlung übergeht, wird vom Experimentator gar nicht wahrgenommen.

    Das klingt, als ob sie Loops und virtuelle Teilchen jetzt auf einmal doch haben wollen. Sie scheinen sich selbst zu wiedersprechen.

    Zu kritisieren ist außerdem, dass nicht nur (zum Teil) auf die Strahlung, sondern auch auf alle Neutrinos und Antineutrinos vergessen wird.

    Meinen sie die Neutrinos und Strahlung, die nicht beobachtet wird? Eine kleine Information zu Teilchendetektoren: Neutrinos werden unter anderem erkannt, weil sie Energie und Impuls tragen und die Teilchen in der Transversalebene im Anfangszustand praktisch keinen Impuls tragen. Damit kann man durch Impulserhaltung den Impuls der Neutrinos bestimmen. Gammastrahlung wird im elektromagnetischen Kalorimeter gesehen.

    Nur durch den sog. ‘Zerfall’ wurden Informationen aus dem Inneren gewonnen.

    Nein. Streuung. Verhalten in inhomogenen Feldern (Dipolmoment). Und noch einiges mehr.

    Abermals wurden sämtliche Neutrinos und Antineutrinos und die Strahlungsenergie vernachlässigt. Ansonsten wäre die Darstellung ‘richtig’.
    e- + e+ → µ- + µ+ (… z. B.: -0,5 + 0,5 = -105,6 + 105,6)

    Das habe ich schonmal erklärt und sie haben das offensichtlich nicht gelesen oder nicht verstanden. Jede der Linien beinhaltet mehr, als sie erkennen. Das hätten sie auf Seite 6 bereits erkennen können, wo die Impulserhaltung angesprochen wird. Dabei sind P Viererimpulse. Oft ist zusätzlich der Spin relevant. Das wird im Griffiths relativ gut erklärt, wie man das ganze berechnet.

    Demzufolge müsste man eigentlich 1022 keV messen. – Weil aber überall Strahlung ‘herumschwirrt’, wird eine an einem Prozess beteiligte Strahlung gar nicht separat wahrgenommen.

    Sie verstehen immer noch nicht. Das entscheidende sind 2x511keV, die mit einem 180° Winkel emittiert werden. Das bedeutet, das man zum einem den Winkel hat, die Energie und die Gleichzeitigkeit. Dadurch kann man das relativ leicht erkennen und das würde auffallen.

    Wenn ein Myon und ein Myon-Antineutrino in ein Elektron und in Elektron-Antineutrino zerfallen, entsteht zusätzliche Energie von 105 MeV, die zuvor nicht detektiert wurde.

    Nein. Die Gesamtenergie ist erhalten, ebenso der Impuls. Spezielle Relativitätstheorie und Vierervektoren. Und die Energie geht auch nicht zwangsweise in Strahlung (das ist möglich, aber relativ unwahrscheinlich), sondern meist in kinetische Energie.

    p+ + e- + 0,78 MeV → n + e-Neutrino

    Diese ‘Gleichung’ ist falsch: 938,27 + 0,51 + 0,78 → 939,56 + x
    Man erkennt auch anhand der Zahlen den Unterschied zur obigen ‘Gleichung’.
    Diese unrichtige Darstellung ist die Folge von falschen Regeln – als sei es egal, ob ein e-Neutrino auf der rechten Seite oder ein e-Antineutrino auf der linken Seite steht.

    Sie sollten mal nach dem Dunning-Krueger-Effekt suchen.
    Und oft werden bei solchen Prozessen nur die Schwellenenergie angegeben, ab der ein Prozess kinematisch möglich wird. Die Massendifferenz beträgt 1.29MeV, die Summe aus 0.51 und 0.78 ist üblicherweise 1.29. Entweder sind ihre Massen ungenau oder sie haben sich verrechnet. Und sie sollten darauf achten, das der ungenauste Wert die signifikanten Stellen ihres Ergebnisses bestimmt.

    Bzgl. der ‘Entstehung von Neutronensternen’ steht unter Wikipedia: „Dabei treten extrem starke Kräfte auf, die bewirken, dass die Elektronen in die Atomkerne gepresst werden und sich Protonen und Elektronen zu Neutronen verbinden.“

    Wenn ich so etwas behaupten würde, käme sofort die Antwort: „Ein gebundener Zustand, hm? Ein Wort: Nein. Begründung: parton distribution function.“ Wenn aber in Lehrbüchern oder bei Wikipedia so etwas steht, ist es egal. Dabei hatte ich nur erwähnt, dass ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino ein Neutron ergeben.

    Was aber viel schlimmer ist, ist die Aussage, dass bei der Entstehung eines Neutronensterns bereits ein Proton und ein Elektron genügen sollen, um ein Neutron entstehen zu lassen, wobei das Elektron (der Hülle) auch noch in den Atomkern gepresst werden soll?!?! Solch eine Beobachtung kann nie gemacht worden sein, weil sie niemals stattgefunden hat. [Was genau ‘verborgen’ im Hintergrund über sog. ‘Austauschteilchen’ abläuft, erspare ich mir lieber.]

    Der Prozess ist electron capture. Das findet man, wenn man nach “neutron degenerate matter” sucht Neutron degeneracy is analogous to electron degeneracy and is demonstrated in neutron stars, which are primarily supported by the pressure from a degenerate neutron gas. This happens when a stellar core above 1.44 solar masses, the Chandrasekhar limit, collapses and is not halted by the degenerate electrons. As the star collapses, the Fermi energy of the electrons increases to the point where it is energetically favorable for them to combine with protons to produce neutrons (via inverse beta decay, also termed electron capture and “neutralization”). The result of this collapse is an extremely compact star composed of nuclear matter, which is predominantly a degenerate neutron gas, sometimes called neutronium, with a small admixture of degenerate proton and electron gases. In ihrem Zitat wird EC nicht explizit erwähnt, aber die Artikel zu Kernkollapssupernovae gehen auf die Prozesse ein.
    Und EC ist ein Prozess, der bei manchen radioaktiven Isotopen auftritt. Das habe ich schonmal erklärt. Das besondere bei der Entstehung des Neutronensterns ist, das der Prozess durch die Bedingungen auch bei freien Protonen läuft, da steckt das Prinzip vom kleinsten Zwang und das Pauliprinzip hinter.

    Beschäftigen sie sich unbedingt mit spezieller Relativitätstheorie bevor sie sich an Teilchenphysik wagen. Das wird in den entsprechenden Lehrbüchern mit gutem Grund oft als eigenes Kapitel am Anfang geführt.