Momentan geht es durch diverse Medien: Experimente in Ungarn haben Hinweise auf neues Elementarteilchen und eine fünfte Kraft entdeckt! Hier ein paar schnelle Gedanken dazu, was hinter diesen Schlagzeilen steckt und wie die Entdeckung (möglicherweise) funktioniert. Das wichtigste Vorneweg: es handelt sich um zwei Experimente einer einzigen Gruppe (die laut Medienberichten in der Vergangenheit bereits mehrfach fehlerhafte Ergebnisse produziert haben soll), die bisher nicht durch unabhängige Gruppen bestätigt wurden. Deshalb bin ich erst mal skeptisch und prophezeie, dass sich das ganze eines Tages als Fehler herausstellen wird (so wie damals das berühmte 17keV-Neutrino).

Aber egal – ich bin auf diesem Gebiet keine wirkliche Expertin, gerade was Kernzerfälle angeht – und behaupte deshalb nicht, dass meine Meinung irgendwie wichtig wäre. Schauen wir lieber mal, was da eigentlich gemacht und gemessen wurde. (Eine gute Einführung in das Thema gibt es im Blog Particlebites (kannte ich bisher nicht).)

Kernzerfälle

Wenn man Teilchen wie Protonen auf Atomkerne schießt, dann können diese eingefangen werden, so dass ein anderer Atomkern entsteht. Nehmen wir beispielsweise Lithium 7 – das hat, wie der Name sagt, 7 Kernbausteine, drei Protonen und 4 Neutronen. Schießt man ein Proton drauf, dann entsteht Beryllium 8 – 8 Kernbausteine, weil es jetzt 4 Protonen sind und ein Atomkern mit 4 Protonen gehört nun mal zum Beryllium.

So ein Be-8-Kern kann in einem angeregten Zustand vorliegen, das heißt, er hat eine höhere Energie als der energetisch günstigste Grundzustand. Und klar, wenn man da ein Proton mit hoher Energie reinballert, dann ist es nicht unwahrscheinlich, dass der Kern in genau so einen angeregten Zustand gerät. Dort bleibt er aber nicht – normalerweise strahlt der Kern ein Photon (“Lichtquant”) aus – als Gammastrahlung, also als Photon mit sehr hoher Energie. Be-8 hat viele solche angeregte Zustände, zwei davon (die hier relevant sind) haben eine Energie von 17,64 bzw. 18,15 MeV. MeV steht dabei für “Megaelektronenvolt” und ist eine Energieeinheit, die man in der Elementarteilchenphysik gern verwendet. Wegen der Einsteinschen Beziehung E=mc² kann man auch Massen in MeV ausdrücken – ein Elektron hat beispielsweise eine Masse von etwa 0,511MeV. Die Energie, die in dem angeregten Be-8 steckt, entspricht also so etwa 34-36 Elektronenmassen.

Das Photon der Gammastrahlung hat selbst keine Ruhemasse, sondern nur eine Energie. (Falls ihr das mit Massen und Ruhemassen verwirrend findet, schaut in diesen Artikel.) Wenn der Atomkern das Photon aussendet (und vorher in Ruhe war), dann fliegen Atomkern und Photon in entgegengesetzte Richtungen auseinander. Das Photon bleibt aber kein Photon, sondern zerfällt jetzt in ein Elektron-Positron-Paar. (Positronen sind die Antiteilchen des Elektrons.) Weil die kinetische Energie des Photons so etwa 35 Elektronenmassen beträgt (es trägt ja die Anregungsenergie von etwa 18MeV weg), entfallen davon 2 Elektronenmassen auf die Ruhemasse von Elektron und Positron, der Rest bleibt als kinetische Energie übrig. Elektron und Positron sind also mit nahezu Lichtgeschwindigkeit unterwegs.

Zusätzlich zur Energieerhaltung muss auch noch die Impulserhaltung gelten. (Impuls ist definiert als Masse mal Geschwindigkeit, anders als die Energie hat der Impuls eine Richtung.) Impulserhaltung könnt ihr beispielsweise beim Billardspiel beobachten – sie ist verantwortlich dafür, dass zwei Billardkugeln immer im 90-Grad-Winkel auseinanderlaufen (wenn man sie nicht mit Effet spielt). Das Photon hatte vorher eine hohe Energie und einen hohen Impuls, damit  Elektron und Positron beides mitnehmen können, müssen sie beide in dieselbe Richtung fliegen wie das Photon vorher.

Das neue Teilchen

Wenn man also den Zerfall von Be-8 beobachtet, erwartet man, dass man ein Elektron und ein Positron findet, die nahezu in dieselbe Richtung unterwegs sind. Was man jedoch im ersten Experiment beobachtet hat, war eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür, dass die beiden mit einem Winkel von etwa 140 Grad auseinanderfliegen. Hier ein Bild aus der Originalveröffentlichung von 2015, relevant sind im Moment nur die schwarzen Datenpunkte mit der Beule bei 140 Grad:

Aus: Krasznahorkay, A.J.; et al. (26 January 2016). “Observation of Anomalous Internal Pair Creation in 8Be: A Possible Indication of a Light, Neutral Boson”. Physical Review Letters. 116 (42501): 042501. arXiv:1504.01527.

Theoretisch würde man also erwarten, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass die beiden Teilchen unter einem solchen Winkel auseinanderfliegen, man beobachtet aber eine deutliche Häufung bei 140 Grad.

Was kann so etwas verursachen? Wenn der Atomkern beim Zerfall kein Photon aussenden würde, sondern ein Teilchen mit einer hohen Masse, dann wäre dieses Teilchen sehr langsam unterwegs. Nehmt als Beispiel an, die Zerfallsenergie wäre 17,64 MeV und unser neues Teilchen hätte ebenfalls eine Masse von genau 17,64MeV. Dann würde die gesamte Energie des angeregten Zustands aufgebraucht werden, um die Masse des neuen Teilchens zu erzeugen, und es wäre nichts mehr übrig, um dieses Teilchen in Bewegung zu versetzen. Der Atomkern würde also in zwei Teile zerfallen (den unangeregten Kern Be-8 und das neue Teilchen), die beide in Ruhe sind.So etwa würde das aussehen:

Aus Particle Physics Models for the 17 MeV Anomaly in Beryllium Nuclear Decays Jonathan L. Feng, Bartosz Fornal, Iftah Galon, Susan Gardner, Jordan Smolinsky, Tim M. P. Tait, Philip Tanedo, https://arxiv.org/abs/1608.03591

Links seht ihr, wie das Proton auf den Li-7-Kern trifft, Be-8 erzeugt, das dann das neue Teilchen “X” aussendet, das ein Elektron (e-) und Positron (e+) zerfällt.

Wenn jetzt unser neues Teilchen in ein Positron und ein Elektron zerfällt, dann müssen diese die Energie und den Impuls des Teilchens mitnehmen. Weil die Energie viel höher ist als die Masse der Teilchen, müssen beide wieder mit nahezu Lichtgeschwindigkeit unterwegs sein – ihr Impuls muss aber Null sein. Impuls ist Masse mal Geschwindigkeit, aber der Impuls hat ja eine Richtung. Wenn die beiden Teilchen eine hohe Geschwindigkeit, aber Impuls Null haben müssen, dann müssen sie also genau in entgegengesetzte Richtung fliegen, der Winkel wäre 180 Grad.

Beobachtet hat man eine Häufung bei etwa 140 Grad. Das bedeutet, dass das neu entstandene Teilchen (wenn es den existiert), nicht die ganze Energie des Zerfalls mitnimmt, aber einen sehr großen Teil. Mit etwas Mathematik und ein paar Formeln aus der Relativitätstheorie (weil wir Teilchen haben, die nahezu mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind), kann man ausrechnen, wie groß die Masse ist. (Die Formel dazu findet ihr in dem oben verlinkten Blogartikel.)

Dass man aus dem Winkel der Teilchen auf die Masse zurückschließen kann, liegt also an der Energie- und Impulserhaltung. (In den meisten Artikeln zum Thema steht nur “Energieerhaltung” [Bis auf einen, der wohl mehrfach durch eine Übersetzungsschleife gegangen ist und in dem etwas von “vitality” stand…] – ich vermute mal, dass das aus einer Presseerklärung stammt, in der man nicht so tief in die Physik einsteigen wollte. [Und wer ganz spitzfindig ist, kann natürlich argumentieren, dass in der Relativitätstheorie Impuls und Energie ohnehin zusammengehören.] Aber da die Energie eine Größe ohne Richtungsabhängigkeit ist, kann man allein aus der Energieerhaltung natürlich keine Richtungsinformation über einen Zerfall bekommen.)

Das Be-8-Experiment stammt aus dem Jahr 2015. Die Arbeitsgruppe hat jetzt ähnliche Experimente mit He-4 gemacht. Es wurden Protonen auf Wasserstoffkerne mit zwei Neutronen (H-3 oder Tritium) geballert, so dass He-4 entsteht. Hier sind die Zerfallsenergien etwas höher, wenn beim Zerfall dasselbe Teilchen entsteht, dann ist dessen Geschwindigkeit also höher, entsprechend sollten Elektron und Positron unter einem kleinerem Winkel auseinanderlaufen, weil das Teilchen, das zwischendurch entstand, schneller war. So sah das Ergebnis aus (entscheidend sind die roten Datenpunkte):

Aus Krasznahorkay, A.J.; et al. (23 October 2019). “New evidence supporting the existence of the hypothetic X17 particle”. arXiv:1910.10459v1

Wie ihr seht, liegt das Maximum jetzt bei etwas mehr als 110 Grad. Rechnet man die zugehörige Masse des hypothetischen Teilchens aus, kommt man auf etwa denselben Wert wie vorher beim Be-8-Experiment, knapp 17MeV.

X17 und die fünfte Kraft

Das hypothetische neue Teilchen hat deshalb den Namen X17 bekommen. 17 wegen der Energie von 17MeV, und X weil man alles, was cool und unbekannt ist, mit einem X versieht. (Fans der Serie “Stargate SG-1” erinnern sich sicher gern an “Wurmloch X-treme!”…)

Was ist X17 für ein Teilchen? Es zerfällt in ein Elektron und ein Positron, daraus kann man einige Eigenschaften ableiten. Elektron und Positron sind elektrisch entgegengesetzt geladen, X17 muss also (wie das Photon) elektrisch neutral sein. X17 muss auch ein sogenanntes “Boson” sein – ein Teilchen wie das Photon oder das Higgsteilchen, das entweder einen Spin von 0 oder 1 hat. (Expertinnenhinweis: Beide Spinwerte sind möglich – das Teilchen könnte beim Kernzerfall ja einen Bahndrehimpuls haben.)

Der Spin ist eine Teilcheneigenschaft, die man sich ein wenig so vorstellen kann, als würde sich ein Teilchen um seine Achse drehen. Er ist deswegen wichtig, weil Teilchen mit Spin 0, 1 oder 2 (Bosonen genannt) sich ganz anders verhalten als Teilchen mit Spin 1/2 oder 3/2 (Fermionen). Materieteilchen sind immer Fermionen, beispielsweise Elektronen, Neutronen, Protonen oder Quarks. Bosonen dagegen können von Materieteilchen erzeugt werden, ohne dass diese ihre Eigenschaften fundamental ändern, und sind so dafür verantwortlich, dass Teilchen miteinander wechselwirken. Geladene Teilchen beispielsweise erzeugen Photonen und ziehen sich deshalb elektrisch an oder stoßen sich ab. (Diese Photonen kann man allerdings nicht direkt sehen, ihre Eigenschaften sind etwas anders als die von Photonen des sichtbaren Lichts.)

Das neue Teilchen ist also ein Boson – und könnte damit eine Wechselwirkung zwischen anderen Teilchen hervorrufen. Deshalb wird in den Schlagzeilen auch immer von der “fünften Kraft” gesprochen – es wäre eine Wechselwirkung zusätzlich zu Gravitation, Elektromagnetismus und der schwachen und starken Kernkraft.

Das neue Teilchen könnte dann – sehr spekulativ – gleich noch andere Probleme der Physik lösen. Beispielsweise könnte es etwas mit der dunklen Materie zu tun haben. Das Teilchen selbst kann nicht die dunkle Materie sein, weil es ja nur sehr kurzlebig ist und dann zerfällt, aber die dunkle Materie könnte eine Wechselwirkung mit diesem Teilchen haben und deshalb andere Eigenschaften haben als bisher angenommen. (Auch das ist detaillierter bei particlebites erklärt). Es könnte auch dafür verantwortlich sein, dass das magnetische Moment des Myons, eines Elementarteilchens ähnlich zum Elektron, aber mit höherer Masse, von den theoretischen Vorhersagen abweicht.

Allerdings ergibt sich auch ein Problem durch diese Wechselwirkungen: Andere Experimente haben bisher ja keinen Hinweis auf so ein Teilchen geliefert. Wenn man beispielsweise Elektronen und Positronen aufeinanderschießt, müsste man das Teilchen ja auch erzeugen können. Bisher wurde da nichts gefunden – wobei man aber sagen muss, dass natürlich dieser Energiebereich bisher auch nicht besonders intensiv untersucht wurde. Experimente am CERN, bei denen Elektronen auf ein festes Ziel geschossen werden, haben im relevanten Energiebereich bisher keinen Hinweis auf das Teilchen gefunden, so dass die Stärke der Wechselwirkung zwischen diesem Teilchen und Elektronen auf relativ enge Grenzen eingeschränkt wurde.

Fazit

Bisher gibt es zwei Experimente einer Arbeitsgruppe, die Hinweise auf X17 geliefert haben. Eine unabhängige Wiederholung dieser Experimente gibt es bisher nicht, ebensowenig wurde das Teilchen in anderen Experimenten (beispielsweise Teilchenbeschleunigern) gefunden. Insofern ist meiner Ansicht nach Skepsis angesagt, aber natürlich sollte man das Phänomen auf jeden Fall weiter experimentell untersuchen.

 

Kommentare (39)

  1. #1 Dirk Freyling
    Erde
    23. November 2019

    Herr Bäker,
    danke für den Hinweis auf die Existenz der »particlebites« Webseite, ohne das ich hier eine Wertung der Inhalte und Motivation der Webseitenbetreiber abgeben möchte.

    Zu Ihren Aussagen:

    …“Dort bleibt er aber nicht – normalerweise strahlt der Kern ein Photon (“Lichtquant”) aus – als Gammastrahlung, also als Photon mit sehr hoher Energie.“…

    Wissen ist ein Privileg. Die Weitergabe eine Pflicht.
    Da Sie nach eigenen Aussagen keine Expertin sind, möchte ich Folgendes ergänzen.

    In vielen Fällen wird die Energie eines angeregten Atomkerns nicht in Form von Gamma-Quanten, sondern als Konversionselektronen „abgegeben“. Es handelt sich bei Konversionselektronen nicht um einen zweistufigen Prozess, dass erst ein Gamma-Quant vom angeregten Kern abgegeben wird, welches Energie auf kernnahe Elektronen überträgt. Sondern „Kern“-Energie wird direkt auf Elektronen übertragen. Wenn ich mich richtig erinnere, ist das die mit Abstand häufigste Energieabgabe eines angeregten Kerns. [Hintergrund und Basis meiner Aussage: Mein Diplomarbeitsthema Ende der 1980er Jahre war die tiefenselektive Konversionselektronen-Mößbauerspektroskopie (DCEMS). Eine „belastbare“ Theorie respektive ein Denkmodell, warum meist Konversionselektronen und nicht Gamma-Quanten auftreten, gibt es bis heute nicht. Das war im Rahmen der Aufgabenstellung aus Sicht der Festkörperphysik-Oberflächen-Analyse auch nicht nötig, da praktischerweise mittels der Konversionselektronen zu untersuchende Materialien beispielsweise auf Fehlstellen und Anomalien untersucht wurden. Eine Theorie zum Ursprung der Konversionselektronen ist in dem Zusammenhang wenig relevant.]

    Beispielsweise Ausführungen zum nicht vorhandenen Quarks-Gluonen basierenden Protonenspin zeigen „leicht“ nachvollziehbar, daß »x17« nicht ernsthaft diskutiert werden muss, da wesentliche Postulat-Aspekte des SM bis heute nicht experimentell bestätigt wurden. Ohne das hier fachlich auszuführen, schließe ich mich Ihrer Skepsis bezüglich des »x17« an.

    …„Der Spin ist eine Teilcheneigenschaft, die man sich ein wenig so vorstellen kann, als würde sich ein Teilchen um seine Achse drehen.“…

    Der quantenmechanische Spin ist explizit und definitiv keine Grösse zur Beschreibung einer Eigenrotation. So wenig, wie der himmlische Schlitten des Weihnachtsmannes oder Osterhasengeschichten. Eigenrotation setzt eine räumliche Struktur voraus. Was rotiert bei einem von dem Standardmodell der Teilchenphysik (SM) postulierten dimensionslosen Elementarteilchen, wie exemplarisch dem Elektron?

    Tatsache ist:
    Die Quantenmechanik (QM) “arbeitet” oft in Illustrationen und semantischen Ausführungen mit einer falschen Suggestion mittels des Begriffes Spin (Eigenrotation) (und viele “plappern” das “einfach” nach) , doch der assoziierte QM-Formalismus beschreibt keine solche realphysikalische Rotation. Der quantenmechanische Spin hat nichts mit einer Rotation zu tun und ist eine notwendige aber vollkommen unbegründete (sprich ohne realphysikalische Anschauung) Quantenzahl, die im Rahmen der QM rein mathematisch generiert wird (vierkomponentiges Dirac-Spinorfeld mit vier Dirac-Matrizen).

    Nochmals: Wissen ist ein Privileg. Die Weitergabe eine Pflicht.

  2. #2 MartinB
    23. November 2019

    @Dirk
    “Der quantenmechanische Spin ist explizit und definitiv keine Grösse zur Beschreibung einer Eigenrotation. ”
    Deswegen schreibe ich das ja auch nicht, sondern schreibe, dass man ihn sich ein bisschen so vorstellen kann als ob.

    “Wissen ist ein Privileg. Die Weitergabe eine Pflicht.”
    Keine Ahnung, was das genau bedeuten soll, aber füh dich nicht verpflichtet, hier auf meinem Blog das weiterzugeben, was du für dein “Wissen” hältst.

  3. #3 TmoWizard
    Augsburg
    23. November 2019

    Ein meiner Ansicht nach aufschlußreicher Artikel über diese Experimente, danke dafür! Trotzdem möchte ich auf einen unbedeutenden Fehler aufmerksam machen, der aber irgendwie wohl der Wahrheit entspricht, Zitat:

    “ich bin auf diesem Gebiet keine wirkliche *Expertin*”

    Das könnte zutreffen! 😉

    Mike, TmoWizard

  4. #5 Groll
    23. November 2019

    Bruder, du heisst martinB nicht martinA.
    Also Experte, nicht Expertin.
    Sonst wäre es ja : “Schwester,….”
    Bruder hast du Identitätswurmloch?
    Nimmst du drontal cat.
    In Salami einwickeln oder mit Leberwurst bestreichen, dann geht’s 😀

  5. #6 MartinB
    23. November 2019

    @Groll
    Seufz…

  6. #7 Stephanie
    Hamburg
    23. November 2019

    @Dirk

    Der Spin von Elementarteilchen hat sehr wohl Bezüge zur Rotation, wie der Einstein-de-Hass-Effekt und dessen Umkehrung, also der Barnett-Effekt, zeigen.

  7. #8 roel
    23. November 2019

    @MartinB Danke für diesen aufschlussreichen Artikel. Obwohl du keine Expertin auf diesem Gebiet bist, hast du es für mich als Leserin sehr verständlich erklärt. Auch wenn einige Kommentatorinnen hier wieder nicht das Thema kommentieren sondern den generischen Feminismus angreifen. Sachliche Diskussionen sind nicht jedermanns Sache. Alleine das zeigt die Wichtigkeit deiner Schreibweise auf.

  8. #9 7eggert
    23. November 2019

    Wen das Femininum bei Martin stört, der ist der Beweis, daß das generische Nichtmeingeschlechtum ein Problem für die Hälfte der Bevölkerung sein kann.

  9. #10 Dirk Freyling
    Erde
    23. November 2019

    Stephanie,
    eine Versuchsergebnisinterpretation (egal von welchem Versuch) ändert doch nichts daran, daß ein Elementarteilchen, wie das Elektron, keine Eigendrehung besitzen kann, da es SM-postuliert keine Ausdehnung besitzt. Was ist daran unverständlich? Das dieser Denkmodellansatz stark diskussionswürdig ist, steht auf einem anderen Blatt.

    Nun zu behaupten (QM-Didaktiker,…, Martin Bäker,…), man könne sich das so vorstellen, daß sich das Teilchen um seine Achse dreht, ist schlicht falsch!

    Kurz zur Geschichte, … „dabei fing alles so harmlos an“ … Wolfgang Pauli schlug 1924 vor einen »quantenmechanischen Freiheitsgrad« für das Elektron einzuführen, der zwei Werte annehmen kann, um die Emissionsspektren von Alkalimetallen beschreiben zu können. Eigenrotation kam zumindest Pauli erst einmal nicht in den Sinn.

    Die Geschichte ist zu komplex, um sie in einem Kommentarfeld zu behandeln. Dennoch, interessant ist die Tatsache, daß die Arnold Sommerfeldsche Erweiterung des Bohrschen-Atommodells ohne Spinpostulat korrekt die Feinstruktur des Wasserstoff-Atoms beschreibt. Sommerfeld führte relativistische, Keplersche Ellipsenbahnen für das im Bohr-Modell radialsymmetrisch kreisende Elektron ein, bezog sich auf Kugelkoordinaten und quantisierte diese unabhängig voneinander.

    Hier sieht man deutlich, daß es zwar eine Mathematik zur Berechnung gab, die messbar richtige Ergebnisse lieferte, ohne jedoch über die Mathematik hinaus eine haltbare phänomenologische Bedeutung vorlag. “Bohr-Sommerfeld war gestern”.

    Wenn also Martin Bäker oder Stephanie schreiben, das strukturlose Elektron führt eine Eigenrotation aus bzw. Versuche wie der Stern-Gerlach-Versuch respektive Effekte (Einstein-de-Haas, Barnett) bedeuten, es gäbe „Bezüge zur Rotation“, dann ist zu klären was „Bezüge“ physikalisch bedeuten soll? Semantik ist nicht Physik.

    Nehmen wir alternativ an, daß SM als Denkmodell ist – plakativ formuliert – falsch, und das Elektron besitzt eine (symmetrische) Ausdehnung, dann stellt sich die Frage, wie eine quantisierte Rotation erklärbar ist? U.a. stellt sich auch die Frage mit welcher Geschwindigkeit diese Rotation stattfinden soll? Wenn man sich intensiver und im Detail mit dem quantenmechanischen Spin beschäftigt, dann wird man feststellen, daß keine anschauliche Phänomenologie existiert. Die Suggestion respektive verbreitete Assoziation »Eigendrehung eines Objektes ohne Ausdehnung« sei möglich, sollte zu denken geben.

    Zumindest die Diskussion der phänomenologisch falschen Aussage ist gegenstandslos, wenn man sich von der Annahme verabschiedet, daß der quantenmechanische Spin etwas mit einer Rotation zu tun hat.

    Wie auch immer, hier geht es nicht um Meinungen oder Glaubensfragen. Beispiel: In den »lecture notes« der Universität Bremen steht im Kapitel 10.2 Diracsche Elektronentheorie 1928 wortwörtlich …“Denn der neue Drehimpuls hat mit dem, was man sich unter diesem Namen als mechanische Größe vorstellen kann, nichts mehr gemein. Er entsteht aus keiner Bewegung, sondern aus dem Zusammenwirken eines räumlichen Vektors mit den Dirac-Matrizen in dem Raum ihrer vier abstrakten Dimensionen.“…

    Vielleicht hilft zum (Un-)Verständnis Folgendes
    Werner Heisenberg folgerte 1932 das Proton und Neutron zwei Zustände ein und desselben Teilchens des Nukleons sind. Zur Unterscheidung wurde der Isospin eingeführt. Es existiert eine formale Analogie zum quantenmechanischen Spin. Über diese formale Verwandtschaft hinaus hat der Isospin mit dem quantenmechanischen Spin nichts zu tun.

    Offensichtlich nehmen Theoretische Physiker es nicht so genau, wenn es um Anschaulichkeit geht. Die rein formale Klassifizierung dominiert und führt auch auf der „nächsten“ Stufe zur begrifflichen Irreführung.

  10. #11 Stephanie
    Hamburg
    24. November 2019

    @Dirk

    Stephanie,
    eine Versuchsergebnisinterpretation (egal von welchem Versuch) ändert doch nichts daran, daß ein Elementarteilchen, wie das Elektron, keine Eigendrehung besitzen kann, da es SM-postuliert keine Ausdehnung besitzt.

    Wo soll ich das behauptet haben. Zeige mir die Stelle.

    … Stephanie schreiben, das strukturlose Elektron führt eine Eigenrotation aus …

    Auch das steht so nicht in meinem Kommentar. Zeige auch hier bitte die Stelle in meinem Kommentar wo ich das schrieb.

    Ich meine mit Bezug genau die beiden genannten Effekt. Diese setzen Rotation und Quantenzahl in einen physikalischen Wirkzusammenhang wie die Effekte ihn beschrieben. Das heißt es gibt zu diesen ein mathematisches Modell in dem einerseits die Quantenzahl also der Spin eingebracht wird und eine Rotation ergibt und das Reverse dazu.

    Ich weiß nicht wie du auf die oben zitierte Falschaussagen kommst.

  11. #12 rolak
    24. November 2019

    weiß nicht wie

    Dürfte ebenso unbekannt sein wie die Herkunft seiner -äh- verkorksten Vorstellungen, die MartinB zusammenfassend mit »”Wissen”« bezeichnte.
    Aufgrund nichtformaler Logik hat also beides dieselbe Ursache.

  12. #13 MartinB
    24. November 2019

    @Stephanie
    Kannst ja mal nach “Dirk Freyling” googeln, dann dürfte einiges klar werden…

  13. #14 Stephanie
    Hamburg
    24. November 2019

    @MartinB
    @rolak
    Das kommt nicht überraschend wie diese Verschwörungsfundgrube zeigt:
    https://www.kritik-relativitaetstheorie.de/2018/12/dirk-freyling-ueber-den-modernen-zensurbetrieb/

    Allein das Wort Zensurbetrieb ist so süß in dem Kontext.

    Dirk erinnert mich schwer an meinen Onkel.

  14. #15 Dirk Freyling
    Erde
    25. November 2019

    Stephanie,

    Textfragmente aus dem Zusammenhang zu reißen, um ein emotionales Unbehagen gegenüber dem Autor auszudrücken, ist auf vielen Plattformen im Kommentarbereich Tagesgeschäft. Soweit nichts Neues.

    Solltest Du jedoch die Aussagen

    …“eine Versuchsergebnisinterpretation (egal von welchem Versuch) ändert doch nichts daran, daß ein Elementarteilchen, wie das Elektron, keine Eigendrehung besitzen kann, da es SM-postuliert keine Ausdehnung besitzt.“…

    …„Wenn also Martin Bäker oder Stephanie schreiben, das strukturlose Elektron führt eine Eigenrotation aus bzw. Versuche wie der Stern-Gerlach-Versuch respektive Effekte (Einstein-de-Haas, Barnett) bedeuten, es gäbe „Bezüge zur Rotation“, dann ist zu klären was „Bezüge“ physikalisch bedeuten soll? Semantik ist nicht Physik.“…

    im Detail nicht zuordnen können (was hat Martin Bäker, was hat Stephanie geäussert), liegt womöglich eine Wahrnehmungs- oder Leseschwäche vor.

    Doch (auch) diese menschlichen Phänomene ändern nichts an der dokumentierten Situation zur Physik des quantenmechanischen Spins.

  15. #16 Dirk Freyling
    Erde
    25. November 2019

    Herr Bäker,
    Ich schreibe hier Kommentare für interessierte Leser, die mitdenken wollen. Einige beginnen dann selbständig zu recherchieren, da ich dazu beitragen konnte, ihnen die Augen etwas zu öffnen, daß offensichtlich einiges und bei genauer Sicht vieles in der Theoretischen- und assoziierten Experimental-Physik im Argen liegt. Aspekte, die die »Blog-Herren« selten bis gar nicht in ihren populärwissenschaftlichen Artikeln „ansprechen“. Das Gros der Kommentatoren plappert nach, was sie vorgesetzt bekommen und möchte auch mal etwas schreiben. Dass diese Kommentatoren reflexartig jeden attackieren, der die heile Welt des populärwissenschaftlichen Standardwissens in Frage stellt, ist gut dokumentiert. Wenn mich das nachhaltig stören würde, dann würden sie/Sie hier nichts von mir lesen können.

    Warum Sie mich als Person Dirk Freyling ins Spiel bringen wollen, kann ruhig Ihr Geheimnis bleiben. Das kann sich ja jeder selber denken.

    Um Ihre vage google-Informations-Empfehlung zu Dirk Freyling zu präzisieren, bietet sich auch zu Ihrer besseren Orientierung http://www.kinkynature.com/ an. Vielleicht finden selbst Sie ja, das eine oder andere »Unterhaltsame«.

    Meine Empfehlungen
    Emotionale Zurückhaltung, weniger Glauben und Wünschen und ein fundiertes Sachwissen. Wenn Kritik geübt werden soll, dann ist es notwendig möglichst im Detail zu wissen, wer oder was kritisiert werden soll. Und ganz besonders wichtig im Zusammenhang mit asynchroner Kommunikation mittels Kommentarfelder, beachte die Terminologie respektive den Unterschied zwischen Aussage und Aussageinterpretation.

  16. #17 MartinB
    25. November 2019

    @Dirk
    Hier in meinem Blog wird in der Tat die Standard-Physik diskutiert. Seriöse (d.h. korrekt veröffentlichte) Ideen sind ebenfalls manchmal Thema, Privattheorien Einzelner dagegen nicht, und die möchte ich hier auch in den Kommentaren nicht haben.
    Und ja, ich habe mir “kinky nature” irgendwann mal kurz angeguckt, das wird hier aber kein Thema sein (s.o.).
    Ihre Empfehlungen sind mir herzlich schnuppe.

  17. #18 L.Louis
    Hier und da
    25. November 2019

    Zum Folgenden von Stephanie:

    “…Jetzt ist er leider dement und lebt nicht unweit in einem Seniorenheim und meine Eltern besuchen mich hin und wieder um ihn auch zu besuchen und jedesmal ist er weiter weg, aber er ist jetzt freundlicher und umgänglicher geworden.
    Erst wirken solche Leute lächerlich, ich kann aber verstehen, wenn dann ein Lebenstraum nicht eintritt, obwohl man sich ewig bemüht und dann wird man auch noch verrissen durch andere und alles zerbricht an das was man glaubte. Da wirkt leugnen der Tatsachen erstmal einfacher, aber führt dann doch nur in die Isolation. Letztlich denke ich, dass solche Menschen so einsam sind und doch noch ihre 15 Minuten Ruhm haben wollen. Anerkennung in anderer Weise würde vielleicht diese Isolation aufsprengen, aber sich helfen lassen ist für so stolzen Menschen dann doch wieder heftig…” (Zitatende)
    ________________

    Je länger ich es beobachte, desto unerfindlicher wird mir, wie gestandene Wissenschaftler es fertgbringen, als Reaktion auf rein fachliche Argumentationen unversehens in ad hominem – Beschimpfungen zu verfallen.
    Dass da (auch rein wissenschaftlich) etwas nicht stimmen kann, müsste eigentlich jedem ins Auge springen, der sich noch zu einem einigermaßen neutral- unabhängigen Gedanken durchringen kann oder der intellektuell oder ethisch noch in der Lage ist, gewisse bewusst eingerichtete Science- Blasen -Denk-Frames ” zu überschreiten.
    Kaum kommt eine Argumentation “von Außen”, fallen alle moralischen Hemmungen und es zählt nur noch der fast schon infantile Zwang, sich der “scientific community”-Herde zugehörig zu outen.Und sich, koste es was es wolle, von angeblichen Außenseitern möglichst drastisch zu distanzieren oder diese auf möglichst hinterhältig- perfide Weise als “crancs” zu diffamieren.

    Also verfalle jetzt halt auch ich in den ad hominem Propagandastil und schreibe das Folgende:
    :
    Der moralisch- ethische und vor allem auch wissenschaftliche Argumentations -Zerfall von Menschen wie “Stephanie ” kann im Grunde [Beleidigungen entfernt. Martin B]

  18. #19 MartinB
    25. November 2019

    @L.Louis
    Das hier ist jetzt wirklich nicht der Ort, um dich über Kommentare von Stephanie auf einem anderen Blog auszulassen.

  19. #20 MartinB
    25. November 2019

    PS: Und Deine Beleidigungen sind hier erst recht unerwünscht.

  20. #21 L.Louis
    Hier und da
    25. November 2019

    Mein Kommentar bezog sich auf den unten zitierten Blogkommentar. Und eine Beleidigung zu unterstellen ohne das dann durch “Veröffentlichen” meines vollständigen Kommentars zu belegen, beweist umgehend, dass ich mit der Tendenz meines Kommentars goldrichtig lag. Das ist alles “nicht gerade die feine Art” (eines vernünftigen Diskurses) .
    Aber kein Problem. Ich komm auch ohne diesen Blog ganz gut klar. Kann man , muss man aber nicht unbedingt. Ich hab mich sogar gewundert, dass Sie mich hier haben kommentieren lassen. Andere auf diesem Portal waren nicht so zuvorkommend.Insoweit also ein überschwengliches Dankeschön für Ihre Gastfreundschaft.
    _______________

    Stephanie
    Hamburg
    24. November 2019

    @MartinB
    @rolak
    Das kommt nicht überraschend wie diese Verschwörungsfundgrube zeigt:
    https://www.kritik-relativitaetstheorie.de/2018/12/dirk-freyling-ueber-den-modernen-zensurbetrieb/

    Allein das Wort Zensurbetrieb ist so süß in dem Kontext.

    Dirk erinnert mich schwer an meinen Onkel.
    __________________________________
    (Zitatende)

  21. #22 MartinB
    25. November 2019

    @Louis
    Ich möchte hier keine Beleidigungen lesen, und werde sie auch nicht stehenlassen, nur um zu belegen, dass es welche waren. Ebenso auch keine sinnlosen Anfeindungen oder Kommentare zu Kommentaren in anderen Blogs.

  22. #23 Karl-Heinz
    25. November 2019

    @L.Louis

    Was mich an Dirk Freyling, sehr stört ist, dass er mit banalen Dinge angerauscht kommt um sie einem unter die Nase zu reiben. Dabei weiss doch wirklich jeder, dass der Spin ( ‚Drehung’, ‚Drall’) alle Eigenschaften eines klassischen mechanischen Drehimpulses hat, ausgenommen die, dass er durch die Drehbewegung einer Masse hervorgerufen wird.

  23. #24 Stefan K.
    26. November 2019

    Um die Diskussion wieder auf das Thema dieses Blogs zu führen, möchte ich gerne eine Frage stellen, die ich mir schon öfter beim Lesen verschiedener Artikel gestellt habe: oft wird ja die Redewendung verwendet, ein Elektron oder Photon fliegt von a nach b. Beim Lesen der Artikel zu Quantenmechanik und vor allem qft habe ich aber erfahren (sofern ich nicht was falsch verstanden habe), dass Elektronen und allgemein elementarteilchen aber eigentlich nur Anregungszustände in einem quantenfeld sind. Daher meine frage: Was passiert im Sinne der qft, wenn ein Elektron von a nach b fliegt bzw wie passt das zusammen und was bringt das Feld dazu, so auszusehen, als würde ein Elektron wo hinfliegen?
    (PS:bevor der Eindruck entsteht: ich bin kein spinner mit ner privattheorie, nur ein Nichtphysiker mit Wissensdurst.
    PPS: Sofern die Antwort in “Isaac” zu finden ist, reicht ein Verweis darauf, das hab ich mir natürlich schon gekauft aber leider bislang nie die Zeit gefunden, es auch zu lesen
    danke und lg

  24. #25 TobiasK
    26. November 2019

    Formal mag Dirk Freyling mit der Aussage, dass es sich hierbei nicht, wie häufig dargestellt, um eine Kugel handelt, die um sich selbst rotiert recht haben. Dabei lässt er allerdings völlig den Sinn und Zweck eines solchen Blogs außen vor.
    Das ist ja keine Vorlesung in höherer Quantenmechanik, sondern zielt auf das Verständnis bei einer größeren Bevölkerungsgruppe ab. Ich überspringe entsprechend beim lesen mitunter sehr bildliche Vergleiche, da sie mir nicht weiterhelfen und ich aus dem Studium ja schon ein Grundverständnis habe.
    Wenn ich aber meiner Freundin mal erklären sollen “Wie funktioniert eigentlich …”, dann verwende ich noch viel abstrusere Bilder, damit sie sich eine grobe Vorstellung davon machen kann, was da passiert.
    Ich finde also bildliche Vergleiche vollkommen in Ordnung, auch wenn sie nicht 100% genau sind.

    @Stefan K.
    Eigentlich wollte ich dir jetzt bildlich beschreiben wie ich mir das vorstelle, aber kam irgendwie auf keinen grünen Zweig und das obwohl ich vor einigen Jahren ne Vorlesungen in QFT gehört hatte. Ich bleibe diesbezüglich einfach beim Teilchen-Bild^^
    Ansonsten würd ich es mir am ehesten wie eine sich ausbreitende Wasserwelle o.ä. vorstellen. Da bewegt sich ja auch nicht wirklich was von A nach B, und trotzdem wird Energie transportiert. Und das ganze dann eben quantisiert oder so. Aber das dürfte physikalisch noch extrems ungenau (bis hin zu falsch) sein…
    Tut mir leid, war jetzt nicht soo hilfreich wie ich hoffte, sein zu können.

  25. #26 alex
    26. November 2019

    @TobiasK:

    Formal mag Dirk Freyling mit der Aussage, dass es sich hierbei nicht, wie häufig dargestellt, um eine Kugel handelt, die um sich selbst rotiert recht haben.

    Ja, damit hat er recht. Aber damit

    Der quantenmechanische Spin hat nichts mit einer Rotation zu tun

    hat er ganz und gar nicht recht. Der Spin ist ein Drehimpuls und hat daher sehr viel mit Rotationen zu tun. Ziemlich deutlich sieht man das, wenn man ausrechnet was passiert, wenn man einen Zustand mit halbzahligem Spin und einen mit ganzzahligem Spin jeweils um 360° dreht.

  26. #27 MartinB
    26. November 2019

    @StefanK
    Klick mal auf die Artikelserien, da gibt es eine, die heisst “Ein Teilchen fliegt von A nach B”…

  27. #28 MartinB
    26. November 2019

    PS:
    Und nein, wer einfach nur ehrliche Fragen stellt, wird hier (und generell bei Scienceblogs) normalerweise gern bedient, insofern keine Sorge.
    Aber es war ja nicht der erste Auftritt von Dirk hier….

    @alex
    Dass der Spin etwas mit Rotation zu tun hat, kann man ja auch (das ist aber letztlich nur eine mathematische Formulierung deines statements) daran sehen, dass sich der Spin aus der Rotationsgruppe etc. ergibt.

    @alle
    Ich habe den Spin übrigens auch in meiner QFT-Serie erklärt, irgendwo bei teil 13 oder 14…

  28. #29 Stefan K.
    27. November 2019

    Oh, diese Artikelserie ist bislang komplett an mir vorübergegangen (und dabei dachte ich, ich bin ein braver Blogabonennt). Danke für den Hinweis.

  29. #30 Gott
    Wegberg
    30. November 2019

    Whow

  30. #31 Florian
    2. Dezember 2019

    Wenn ich darf und da es jetzt im Artikel 2x erwähnt wurde eine Zwischenfrage die mich schon länger beschäftigt: Warum hat Energie keine Richtung? Gäbe es nicht genausoviele Gründe ihr eine zu geben wie dem Impuls? Wirkt sich Energie nicht gerichtet aus? Potentielle energie beschleunigt Massen in eine Richtung.

    Oder anders herum überlegt: Wenn eine Kraft eine Zeit auf eine Masse wirkt hat diese kinetische Energie in der selben richtung wie die angewandte Kraft …

    besten Dank,
    Florian

  31. #32 MartinB
    3. Dezember 2019

    @Florian
    Nein, Energie hat keine Richtung. Nimm beispielsweise die Bindungsneergie im Atomkern oder der Erde, das sind mehr oder weniger kugelförmige Objekte, in welche Richtung sollte da die Energie zeigen?
    Oder denk an einen Planeten auf der Umlaufbahn um die Sonne, der hat immer dieselbe Energie, obwohl er sich immer in eine andere Richtung bewegt.
    Eine Kraft hat eine Richtung, das stimmt, ebenso der Impuls (Masse mal Geschwindigkeit).

    Ein abstrakterer aber deutlich tieferer Grund liegt darin, dass die Energie die Erhaltungsgröße ist, die zur Zeit(invarianz) dazugehört, das habe ich mal hier erklärt:
    http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/05/22/der-schonste-satz-der-klassischen-physik/
    Und da die Zeit keine Richtung hat (im Sinne eines Vektors), weil sie eindimensional ist, hat auchd ie Energie keine Richtung.

  32. #33 Meini
    Wien
    3. Dezember 2019

    “Photon bleibt aber kein Photon, sondern zerfällt jetzt in ein Elektron-Positron-Paar.”
    Irgendwie stehe ich auf der Leitung… Aus einem Photon wird ein Elektron (… und noch irgendwas)?
    Wo kann ich da mehr darüber erfahren? Bin gerade ziemlich verwirrt. 😉

  33. #34 rolak
    3. Dezember 2019

    mehr darüber erfahren?

    Kein Thema, Meini, guckst Du.

  34. #35 MartinB
    3. Dezember 2019

    @Mein
    Kurz gesagt gibt es zu Elementarteilchen wie dem Elektron auch Antiteilchen – beim Elektron ist das ein positron. Treffen Elektron und Positron aufeinander, entsteht Gammastrahlung, und umgekehrt kann ein Photon mit hinreichend hoher Energie ein Elektron+Positron bilden.

  35. #36 7eggert
    3. Dezember 2019

    Aus Sicht eines Informatikers spricht Nichts dagegen, daß ein Punkt eine Raumausrichtung oder eine Rotationsebene haben kann. Auch wenn dies an ihm selbst nicht sichtbar wäre, so dürfte es sich sehr wohl auf von ihm ausgehende Operationen oder Wirkungen auswirken.

    Beispiel: Wir bauen zweimal ein Haus mit einem Punkt als untere linke Ecke. Wenn wir vor dem zweiten Hausbau den Punkt um 180° drehen, dann steht das zweite Haus mit der Ecke genau an dem ersten ihm spiegelbildlich. Der Informatik-Punkt kann rotieren.

    Aber selbst wenn die Rotation nur eine abstrakte Größe ist genau wie z.B. die Quark-Farbe: Da akzeptieren wir Rot + Cyan = Weiß als Denkhilfe und holen keine Taschenlampe zum Nachsehen raus. Wir wissen: Es verhält sich in engen Grenzen wie Farbmischung, aber wir bekommen kein Orange.

    Wenn es also für die Vorstellung nützlich ist, sich einen rotierendenden Punkt vorzustellen und der Schädel mitmacht, warum nicht? Man darf es wie mit jeder Analogie nur nicht übertreiben.

  36. #37 Meini
    Wien
    4. Dezember 2019

    @rolak, MartinB: vielen Dank für eure Antworten!
    Wikipedia ist halt schon immer etwas abstrakt. Ich wollte eigentlich wissen, ob es hier auf scienceblogs.de eine etwas bildhaftere Beschreibung gibt. Was mich so erstaunt ist, dass aus dem Austauschteilchen der elektromagnetischen Kraft ein Elementarteilchen wird; sprich: aus einem Objekt mit der Eigenschaft “Polarisation” wird ein Objekt mit der Eigenschaft “Spin”.
    Aus Ruhemasse 0 wird plötzlich etwas mit Ruhemasse… kondensiert da Energie?
    kurz um: wurde das schon hier auf dem Blog beschrieben?
    dankö.

  37. #38 MartinB
    4. Dezember 2019

    @Meini
    Nein, ausführlich habe ich das nirgends beschrieben.

    “: aus einem Objekt mit der Eigenschaft “Polarisation” wird ein Objekt mit der Eigenschaft “Spin”.”
    Ein Photon hat Energie, Impuls, und ebenfalls einen Spin, nur halt keine Ruhemasse. Ob da Energie “kondensiert” ist eine Frage, wie man das genau meint – das ist ja nur eine sprachliche Umschreibung.

  38. #39 Sebastian K.
    6. Dezember 2019

    Kumpf?