Spur eines Positrons in der Nebelkammer
 

Die Nebelkammer hat zwar heute keine Bedeutung in der heutigen Experimentalphysik, aber es stellt sich folgende Frage:

Warum zieht ein Positron eine Spur duch die Nebelkammer?

Müsste sich das Positron nicht schon beim Zusammenstoß mit dem ersten Molekül, dessen Ionisation die Voraussetzung für die Bildung der Nebeltröpfchen ist, mit dem herausgeschlagenen Elektron des Moleküls vernichten?

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Nebelkammer

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Warum Plauderecke?
Ich denke, das hat Ekin zu tun - es anhiliert und entsteht gleich wieder?
Anderseits ist das ja bezüglich der Dekohärenz schwierig zu sagen, ab wann etwas gemessen wurde.

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Die Ionisation des Moleküls durch das Positron ist ein "Messvorgang", der den Ort des Positrons festlegt und zur Dekohärenz führt. Das Positron setzt seinen Weg bis zur nächsten Kollision (Wechselwirkung) fort.

Wenn die Dichte von Positronen und den Elektronen (vom Molekül) zu gering ist und keine Wechselwirkung statt findet, wie kann es dann zur Nebelspur kommen?

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Stelle dir vor, dass das Positron Photonen austauscht und diese zur Ionisierung beitragen. Es ist ja nicht so, dass Teilchen miteinander wechselwirken, sondern nur über Austauschteilchen.

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Das ist korrekt. Wenn ein Positron auf ein Elektron trifft, tauschen sie virtuelle Photonen aus, die zur Ionisierung des Moleküls beitragen können. Diese Austauschteilchen vermitteln die Wechselwirkung zwischen den Teilchen, ohne dass sie sich unmittelbar berühren müssen.

Wenn man sich Aufnahmen von Positronenspuren in Nebelkammern ansieht, dann sind die Spuren sehr lange. Ist eine Annihilation, unter den Bedingungen in einer Nebelkammer, so unwahrscheinlich, zumal dss Experiment nicht im Vakuum stattfindet.

Müsst die energiereiche Gammastrahlung, die bei Annihilation entsteht nicht zwei gerade Spuren (zwei Gammaquanten) in der Nebelkammer ziehen?

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Die Energie der Gammastrahlung wird zu hoch sein für eine Ionisierung. Wenn dann schlägt sie ein e- heraus und dieses würde man sehen....

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Wie kann die Energie zu hoch sein?

Wenn Energie übrig bleibt, dann kommt das nächste Elektron dran bis der Atomkern "nackt" ist. Dies wird als Mehrfachionisation bezeichnet. Wenn die kinetische Energie des Positrons hoch genug ist, können mehrere Elektronen aus der Atomhülle herausgeschlagen werden, was zu einer stärkeren Ionisation führt. Dies kann in der Nebelkammer zu komplexeren Spuren führen, da mehrere Ionisationsereignisse entstehen.

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Teichen wechselwirken nur dann, mit Photonen wenn die Energie passt.
Das Linienspektrum eine Atoms entspricht ja den möglichen Energieniveaus mit denen man ein Atom (dessen Elektronen) anregen kann...
Die Photonen der Anhilation werden eher mit dem Atomkern als mit den Elektronen wechselwirken...= nicht ionisieren.

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Man könnte den Vorgang mit einem Sturm vergleichen, der je nach Stärke, zunächst die Elektronenhülle "zerlegt" und sich dann bis an den Atomkern vorarbeitet.

Zunächst werden bestimmte Energiepakete benötigt um Elekronen auf andere Energieniveaus zu bringen. Die Hülle bleibt dabei intakt. Ist die Energie zu klein, dann kommt es zur elastischen Streuung. Überschreitet die Einergie jedoch die Ionistationsenergie, dann kann das Hüllenatom jede beliebige Energie (Kontinuum) aufnehmen.Reicht die Restenergie aus, dann kann mit dem nächsten Hüllenelektron in gleicher Art und Weise vorgesetzt werden (Mehrfachionisation). Ist das Atom seine Elektronen los, dann setzt sich dieser Vorgang im Atomkern fort.

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Danke!

Mir ist nicht ganz klar, ob die Energie des Quants genau die Energie zwischen den Energieniveaus der Anregungszustände sein muss, oder ob die überschüssige Energie, die bei einem Sprung auf das höhere Energieniveau übrig bleibt, als elastischer Stoß wirksam wird. Dies gilt umso mehr, als die Energie des Quants durch den Dopplereffekt erhöht werden kann und ein von einem bestimmten Energieniveau emittiertes Photon von einem anderen Energieniveau nicht mehr absorbiert werden kann.

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Du kannst an der Nebelkammer sehen, dass es nicht so ist. Das Orbital ist eher unsichtbar/durchsichtig...

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In Bezug auf die Nebelkammer kann das Orbital in der Tat unsichtbar oder durchsichtig erscheinen, da nicht jedes Ionisationsereignis sichtbare Spuren erzeugt. Einzelne Ionisationsereignisse können zu subtilen Veränderungen im Medium führen, die möglicherweise nicht leicht sichtbar sind, insbesondere wenn sie nur wenige Moleküle betreffen. Die sichtbaren Spuren in der Nebelkammer entstehen typischerweise durch die Ansammlung von Nebeltröpfchen an den Ionen, die durch Wechselwirkungen mit den geladenen Teilchen erzeugt werden.

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Die Kinematik dieses Vorganges wird hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Paarbildung_(Physik)) beschrieben

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Die Forensoftware zerstört Links, die mit einer Klammer enden. Man muss diesen am Schluss korregieren.

Paarbildung in der Physik bezieht sich auf die Entstehung eines Teilchen-Antiteilchen-Paares, vor allem aus einem energiereichen Photon, wobei Elektron-Positron-Paare die bekannteste Form sind. Dieser Prozess, zuerst 1933 experimentell nachgewiesen, ist bedeutsam für die Wechselwirkung von Photonen mit Materie und wird in bestimmten Feldern, wie dem eines Atomkerns oder eines Elektrons, beobachtet. Die Energie des Photons muss dabei mindestens der Summe der Ruheenergien der erzeugten Teilchen entsprechen.

Danke für den aufschlussreichen Link!

Eigentlich ging es mir um die Annihilation (Paarvernichtung von Elementarteilchen).

Warum das Positron soll lange mit der Materie wechselwirken kann (rote Spur in der darunterliegenden Abbildung), ohne dass es zur Annihilation kommt. https://de.m.wikipedia.org/wiki/Annihilation


Jedes Element der Spur stammt von einer Wechselwirkung mit dem Positron.

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Meines Wissens geschieht die Ionisierung in einer Nebelkammer durch Stoßionisation

Ist das einlaufende Teilchen nun ein Positron und das Target ein Elektron, so ist die Bhaba-Streuung der zugrunde liegende Prozess.
Dabei muss es nicht zwangsläufig zur Annihilation mit einem Elektron des Mediums kommen; es ist auch elastische Streuung zwischen dem einlaufenden Positron und dem Elektron des Atoms/Moleküls möglich (siehe Feynman-Diagramme zur Bhaba-Streuung in obigem Link).
Durch den Austausch von Impuls/Energie zwischen Elektron und Positron bei der elastischen Streuung kann das Target-Elektron aus seinem Orbital herausgeschlagen werden und es entsteht ein Ion.

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https://de.m.wikipedia.org/wiki/Bhabha-Streuung

Die Streung erfolgt durch elektromagnetische Wechselwirkung. Warum bildet sich eine Abstoßung, obwohl die Teilchen eine unterschiedliche Ladung besitzen?

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Das ist halt Quantenelektrodynamik und nicht klassische Elektrodynamik.

Aber auch in der klassischen Physik würden wir i.a. hyperbelartige Kurven erwarten (analog zu den Bahnen von Kometen, die das Sonnensystem durchkreuzen und wieder verlassen); Kollisionen sind nicht grad die Regel.

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Bedeutet das, dass Annihilation ein nicht so wahrscheinlicher Prozess ist, da es für atomare Größenverhältnisse eine lange Spur gibt?

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Wie man es nimmt - früher oder später erwischt es das Positron mit Sicherheit.

Aber selbst in den gebundenen Zuständen des Positroniums ("Atom" aus e+ und e-) kann es - je nach Orbital - einige Zeit gut gehen.

Die Frage, ob es wirklich immer dasselbe Positron ist, das die Spur verursacht, ist übrigens müßig: es tragen ja elastisches Streu - Diagramm und Annihilations-Diagramm mit anschließender Paarerzeugung zur Wahrscheinlichkeitsamplitude bei. Laut "Kochrezeptur" zur Berechnung von Feynman-Diagrammen müssen ja die Beiträge beider Diagramme kohärent addiert werden (d.h. bereits vor Bildung des Betragsquadrates). Und Positronen sind ja eh voneinander ununterscheidbare Elementarteilchen.

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Das heißt, die Frage ob es das selbe oder das gleiche Teilchen ist, ist sinnlos. Ist die Ununterscheidbarkeit Voraussetzung für den Wellencharakter?

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Ich würde so sagen: sie ist Voraussetzung für die Wellenmechanik der Quantentheorie so wie wir sie kennen und nutzen. Ohne Ununterscheidbarkeit der Teilchen gleichen Typs würden sich z.B. keine Interferenzen zwischen Materiewellen ergeben.
Diese Ununterscheidbarkeit der Bausteine wurde zum Prinzip erhoben: die quantitativen Voraussagen der Theorie dürfen sich nicht ändern, wenn in der Rechnung zu einem Prozess (d.h. in den Viel-Teilchen-Wellenfunktionen) die Koordinaten zweier gleichartiger Teilchen miteinander vertauscht werden. Das ist auf 2 Arten möglich: die Wellenfunktion bleibt dieselbe unter dieser Vertauschung (Bose-Statistik für ganzzahlige Spins) oder sie flippt ihr Vorzeichen unter dieser Vertauschung (Fermi-Statistik für halbzahlige Spins). Die Konsequenzen dieses Prinzips sind gewaltig: vom Pauli-Ausschließungs-Prinzip der Atomphysik bis hin zum Entartungsdruck entarteter Materie etc.. Aber ich will dich nicht erschlagen und habe das meiste eh längst vergessen. :)