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-   -   Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers? (http://www.quanten.de/forum/showthread.php5?t=3749)

Josef 02.02.20 18:36

Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Über die Existenz von Atomen brauchen wir nicht diskutieren. Auch die Teilbarkeit von Atomen in Elektronen und Atomkerne steht außer Zweifel, da dies in so vielen Phänomenen unseres Alltages vorkommt.

Aber was passiert wirklich, wenn wir zu den kleineren Teilchen kommen? Neutronen und Protonen und schließlich die Quarks:

Quarks wurden bis jetzt nur in Teilchenbeschleunigern angetroffen. Man bombardiert Teile von Atormkernen mit sehr hoher Energie, und dann treten Phänomene auf, die als Quarks gedeutet werden. Das ursprüngliche Material, das am Anfang in den Teilchenbeschleuniger eingeführt wurde, ist nachher vollkommen zerstört, nichts davon übrig.

Quarks treten also offensichtlich nur auf, wenn sehr hohe Energie auf sehr kleinen Raum geschossen wird, so daß alles, was sich in diesem kleinen Raum befand, vollkommen zerstört wird.

Und dennoch vermutet man, daß die Quarks auch in ruhigen Atomteilchen immer schon vorhanden sind, und der Teilchenbeschleuniger sie nur sichtbar gemacht hat.

Wie rechtfertigt man eigentlich diese Annahme? Warum kann es nicht sein, daß das, was man als Quarks beobachtet, lediglich das Ergebnis einer sehr gewalttätigen explosiven Zerstörungsaktion ist? Kann es nicht sein, daß die Binnenstruktur von Protonen und Neutronen, die man in Ruhe lässt, eine völlig andere ist? Daß also Quarks gar nicht die Binnenstruktur dieser Teilchen sind, sondern lediglich durch den Teilchenbeschleuniger und seine hohe Energie erzeugt werden?

Zweifels 03.02.20 10:24

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Meine Meinung wäre ja, kleinste Teilchen existieren auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers. Denn anders herum gilt ja: Die mögliche Kraft, jedes Element im Periodensystem durch die Verschmelzung von Wasserstoffatomen herzustellen, wäre durch rotierende Bezugssysteme gewährleistet, nur bleiben grössere Elemente nicht stabil. Und wenn die Kraft im Universum dazu ausreicht, dass Sterne geboren werden, dann reicht sie meiner Meinung nach auch aus, um kleinste Teilchen -ohne Teilchenbeschleuniger- aus Atomen zu machen. Die Frage ist dann nur, ob diese "Reaktion" exotherm oder endotherm verlaufen würde, also ob bei der zerstörung eines Atoms Energie frei wird oder ob man sie hinzufügen müsste. Und da scheint in unserem Universum ein Atom stabiler zu sein, als ein Quark.

Das ist aber nur meine Meinung... Jetzt würde ich mal gerne deine Meinung zu folgendem haben:
Wenn in der Welt des Quantenbeobachters, der auf einem blauen "Wasserplaneten" (so wie Mutter Erde) lebt, in der man die Gravitationskonstante mit H2O festgelegt hat, etwas ähnliches gebaut werden würde wie ein Teilchenbeschleuniger, also das:
https://www.kernpower.de/
Nur halt im grossen Still, könnte man dann mit "kleinsten Bewegungen" die Erdachse (Rotationsachse) dieses Planeten gegenüber seiner Sonne aus dem Gleichgewicht bringen?
Oder könnte ich die unendliche Zentrifugalkraft im "Kugellager" derart nutzen, dass ich (wenn ich etwas in die Kugeln füllen würde, wie Wasser) darin sämtliche Stoffe "fusionieren" könnte, also aus Wasserstoff dann Helium (etc) machen könnte?

Zweifels 03.02.20 11:52

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Zitat:

Zitat von Josef (Beitrag 92702)
Und dennoch vermutet man, daß die Quarks auch in ruhigen Atomteilchen immer schon vorhanden sind, und der Teilchenbeschleuniger sie nur sichtbar gemacht hat.

Wie rechtfertigt man eigentlich diese Annahme?

Um nochmal genauer darauf einzugehen:

Im allgemeinen geht die Physik von Energieerhaltungssätzen aus. Ein existierendes Element kann nie plötzlich "nichts" werden.

Auch wenn Energie, die in der Materie (eines Elements) verborgen ist sich in Strahlung verwandlt (z.B.mit E = mc²), so bleibt dennoch das gesamte System konstant.

D.h. wenn etwas sichtbar gemacht wurde bzw etwas übrig bleibt von einem Stoff, dann sind diese Bestandteile bereist im Stoff vorhanden gewesen.:rolleyes:

TomS 04.02.20 23:36

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Zitat:

Zitat von Josef (Beitrag 92702)
Quarks treten also offensichtlich nur auf, wenn sehr hohe Energie auf sehr kleinen Raum geschossen wird ...

Genauer: Effekte einzelner Quarks treten nur auf, wenn ...

Ja, das ist richtig. In einem bestimmten Regime verhält sich z.B. ein Proton bei der Streuung so, als ob es aus (fast) wechselwirkungsfreien Quarks bestünde.

https://www.physikerboard.de/topic,4...proton%3F.html
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Deep...tic_scattering

Zitat:

Zitat von Josef (Beitrag 92702)
Und dennoch vermutet man, daß die Quarks auch in ruhigen Atomteilchen immer schon vorhanden sind, und der Teilchenbeschleuniger sie nur sichtbar gemacht hat.

Ja.

Zitat:

Zitat von Josef (Beitrag 92702)
Wie rechtfertigt man eigentlich diese Annahme? ... Kann es nicht sein, daß die Binnenstruktur von Protonen und Neutronen, die man in Ruhe lässt, eine völlig andere ist?

Letzteres ja. Das naive Bild eines Protons bestehend aus drei Quarks ist i.A. nicht zutreffend.

Der Grund, warum man generell annimmt, dass die QCD mit den fundamentalen „Bausteinen“ der Quarks und Gluonen auch in anderen Regimen zutrifft, ist letztlich, dass die fundamentalen Gleichung der QCD auch in diesen anderen Regimen gelöst werden können. Diese Lösungen liefern z.B. gebundene Zustände wie Protonen, Neutronen etc., sowie (in sehr guter Näherung) deren Eigenschaften wie Masse, Radius, magnetischem Moment, elektromagnetischen Formfaktoren etc.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Lattice_gauge_theory

Zweifels 06.02.20 12:48

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Zitat:

Zitat von TomS (Beitrag 92717)
Der Grund, warum man generell annimmt, dass die QCD mit den fundamentalen „Bausteinen“ der Quarks und Gluonen auch in anderen Regimen zutrifft, ist letztlich, dass die fundamentalen Gleichung der QCD auch in diesen anderen Regimen gelöst werden können. Diese Lösungen liefern z.B. gebundene Zustände wie Protonen, Neutronen etc., sowie (in sehr guter Näherung) deren Eigenschaften wie Masse, Radius, magnetischem Moment, elektromagnetischen Formfaktoren etc.

Die QCD muss ich mir echt mal genauer ansehen.
Nach dem Atommodel gilt, dass Lichtquanten mit den Elektronen in Atomkernen "reagieren" (aber hier ohne Regime ;) ), also die Elektronen dazu anregen, sich auf "höhren Bahnen" zu bewegen (:confused:führt das dann zu Elliptischen Bahnen?). Diese Energie wird in vorm von Licht wieder abgegeben. Also metaphorisch ausgedrückt: Es gibt Elemente in unserem Universum, welche in "Mutter Erde" (Definiert durch das Periodensystem der Elemente) "hinein-versickern". So zumindest hab ich es in der Schule gelernt, und Schulwissen wird ja nur Zeugs, dass wirklich gesichert ist...

Im Periodensystem gilt doch: Eisen (Fe) ist das "Energiestabilste Element". Das heisst "Reaktionen" von beiden Seiten (also sowohl vom Wasserstoff als auch vom letzten Element des Periodensystems) sind energetisch begünstigt. Genauso vermute ich ist es auch in der Strucktur der Protonen, Elektronen und Neutronen im Kern. Gegenüber anderen Teilchen des Teilchenzoos ist ihre Struktur "ergetisch günstiger"... Aber da bewegen wir uns dann schon in der Biologie:)

Josef 10.02.20 09:29

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Zitat:

Zitat von TomS (Beitrag 92717)
Genauer: Effekte einzelner Quarks treten nur auf, wenn ...

Ja, das ist richtig. In einem bestimmten Regime verhält sich z.B. ein Proton bei der Streuung so, als ob es aus (fast) wechselwirkungsfreien Quarks bestünde.

https://www.physikerboard.de/topic,4...proton%3F.html
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Deep...tic_scattering


Ja.


Letzteres ja. Das naive Bild eines Protons bestehend aus drei Quarks ist i.A. nicht zutreffend.

Was mich auch zu diesen Gedanken gebracht hat, ist das mit den 1/3 elektrischen Ladungen. Bisher hatte ich gelernt, daß elektrische Ladungen nur als Vielfache der Elektronenladung vorkommen können. Und es kann auch aus einem Neutron ein Elektron durch Betrastrahlung austreten, dann ändert sich dessen Ladung um 1 und es wird zum Proton.
Aber ein Teil mit 1/3 oder 2/3 Ladung hat noch niemand gesehen. Kann ein solches frei vorkommen oder nicht?

Zweifels 10.02.20 10:49

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Zitat:

Zitat von Josef (Beitrag 92799)
Was mich auch zu diesen Gedanken gebracht hat, ist das mit den 1/3 elektrischen Ladungen. Bisher hatte ich gelernt, daß elektrische Ladungen nur als Vielfache der Elektronenladung vorkommen können. Und es kann auch aus einem Neutron ein Elektron durch Betrastrahlung austreten, dann ändert sich dessen Ladung um 1 und es wird zum Proton.

Yep, so hab ich das auch gelernt.

Abstrahiert könnte man dahingehend auch nach der Anzahl der jeweiligen Elemente fragen. Also, gibt es genausoviele Protonen wie Elektronen und besteht das Universum deshalb aus einer bestimmten Anzahl von neutralen Elementen, die sich aber ineinander umwandeln, oder gibt es vielleicht ein Proton mehr als ein Elektron (bzw. vice versa). Bei der Umwandlung von einem Neutron in die anderen Kernteilchen bleibt das Verhältnis zwischen Protonen und Elektronen gleich (zumindest haben wir das so gelernt), das heisst doch, man könnte auch sagen, dass die Masse im ganzen Universum auch "neutral" als die Anzahl aller Neutronen existiert und sie so beschreiben, und weiterhin, wieviele der Neutronen als Neutronen selbst und wieviele geteilt als Protonen und Elektronen vorliegen...

Also, meine weitergehende Frage an deine wäre: Gibt es in der Summe ein kleinstes Geladenes Teilchen (ausserhalb des Teilchenbeschleunigers), welches keinen Partner hätte?:rolleyes:

(Ich hab das für mich aber bereits mit Newton beantwortet, also es bleibt in der Summe kein geladenes Teilchen übrig;) )

Timm 10.02.20 11:52

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
@Zweifels, willst du auch diesen Thread zerschießen? Hier argumentiert gerade ein Experte, halte dich bitte zurück.

TomS 10.02.20 12:53

AW: Existieren kleinste Teilchen auch außerhalb des Teilchenbeschleunigers?
 
Zitat:

Zitat von Josef (Beitrag 92799)
Was mich auch zu diesen Gedanken gebracht hat, ist das mit den 1/3 elektrischen Ladungen. Bisher hatte ich gelernt, daß elektrische Ladungen nur als Vielfache der Elektronenladung vorkommen können. Und es kann auch aus einem Neutron ein Elektron durch Betrastrahlung austreten, dann ändert sich dessen Ladung um 1 und es wird zum Proton.
Aber ein Teil mit 1/3 oder 2/3 Ladung hat noch niemand gesehen. Kann ein solches frei vorkommen oder nicht?

Es kann unter normalen Bedingungen nicht frei vorkommen - siehe Confinement - jedoch unter extremen Bedingungen - siehe Asymptotic Freedom

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Asymptotic_freedom

Letzteres gilt z.B. für bestimmte Streuprozesse - siehe oben Deep Inelastic Scattering - oder für extrem hohe Dichten wie z.B. kurz nach dem Urknall oder kurzzeitig im Quark-Gluon-Plasma, evtl. in sogenannten Quark-Sternen.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quar...93gluon_plasma
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Quark_star

Dass noch niemand ein derartiges Teilchen gesehen hat ist richtig. Aber es hat auch noch niemand ein Elektron gesehen! Was wir sehen, sind Photonen.

Praktisch jede physikalische Theorie funktioniert so, dass man Phänomen beobachtet, die sich erklären lassen mittels der Annahme der Existenz von XYZ. Insofern sind Quarks genauso real wie Elektronen oder Neutrinos.

Fast jede physikalische Theorie ist skalenabhängig, d.h. auf unterschiedlichen Längen- bzw. Energieskalen treten unterschiedliche Phänomene auf: Molekül - Atom - Atomkern - Nukleon - Quark. Was man beobachtet, hängt vom Auflösungsvermögen des Experimentes ab, wobei kürzere Längenskalen höheren Energien entsprechen. Im Falle der QCD ist es so, dass man oberhalb der typischen Energieskala der Nukleonen (1 GeV) sozusagen immer besser in diese hineinschauen kann. Dabei sind die Phänomene ab ca. 10 GeV über mehrere Größenordnungen bis hin zu den Energien des LHC nahezu skaleninvariant

http://www.scholarpedia.org/article/Bjorken_scaling

d.h. man beobachtet in diesem Energieregime immer das selbe: Elektronen streuen an näherungsweise freien, punktförmige Objekten mit drittelzahliger Ladung (bei niedrigerer Energie streuen Elektronen an Nukleonen, bei noch geringerer Energie an den Atomkernen).

Die experimentelle Evidenz für Quarks ist demnach ähnlich wie die für andere mikroskopische Objekte.


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