Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Im Juli Heft "Spektrum der Wissenschaft" findet sich auf S. 37 der Hinweis, daß sich ein Gammaquant hinreichen hoher Energie "bei seinem Zusammenstoß mit einem Photon des Hintergrundlichts in ein Elektron-Positron-Paar verwandelt". Das Hintergrundlicht hat nicht mit dem Mikrowellenhintergrund zu tun, es handelt sich um allgegenwärtiges (auch extragalaktisches) Sternenlicht.

Nach meinem Eindruck besteht der grundlegende Mechanismus zur Teilchen-Antiteilchenerzeugung aus dem Vakuum in der Separierung ungleichnamiger Ladungen, sodaß Annihilation nicht stattfindet. Was ja bedeuten würde, das diese Teilchen "irgendwie" vorgeformt (=virtuell?) eine Vakuum Eigenschaft sind. Zumindest muß dieses die Information enthalten. Die Energie zur Separierung muß die der Teilchen überschreiten.

Martin Bojowald vergleicht in seinem Buch "Zurück vor den Urknall" die Teilchenseparierung in der Inflationsphase des Universums mit jener am Ereignishorizont eines SLes (Hawking).

Ein hinreichend starkes E-Feld ist eine weitere Möglichkeit. Ist es nun diese Komponente des Gammaquants, die ein e+/e- erzeugt? Aber weshalb ist der Stoß mit einem niederenergetischen Photon der Auslöser? Diese Gammquanten erreichen uns von weit entfertnen Galaxien mit aktiven Kernen. Trotzdem geht man davon aus, daß nur die Hälfte durch den genannten Prozess verloren geht. Dieser scheint extrem selten zu sein.

Schließlich, wie steht es mit der Erzeugung reller Bosonen/Antibosonen Paare, also z.B. Photonen-Paaren aus dem Vakuum?

Gruß, Timm

P.S. Emi, ich hoffe, ich darf Dich hier zitieren, Du warst mein Ansporn, diesen Thread zu eröffnen.

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Timm und EMI,

Exakt darum geht es ja in dem von Timm zitierten Artikel eigentlich nicht:
Es handelt sich um inelastische Streuung 2er freier Photonen.
Aber die Basis ist im Prinzip ein sehr ähnliches Feynman-Diagramm wie bei "deiner" Paarerzeugung im Feld eines Kerns (es geht aber immer um die elm. Kraft, nicht um starke Kraft):

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...aarbildung.png

ist das Diagramm für Paarerzeugung im Feld eines Kerns.
Wenn man sich unten links den den schwarzen Punkt mit den doppelten Linien wegdenkt, hat man das Diagramm für den Prozess,
um den Timm es hier geht: Paarerzeugung bei der Streuung zweier freier Photonen.

Timm, das ist ein 08/15 Prozess der QED. Man braucht dazu halt (mindestens) ein sehr hochenergetisches Photon und ein zweites beliebiger Energie,
an dem gestreut werden kann.
Auf diese Art und Weise kann man natürlich beliebige Paare von Teilchen und Antiteilchen aus dem "Vakuum" (ich würde sagen aus dem "Photon")
erzeugen. Man braucht halt nur ein hinreichend energiereiches Photon (-> EMI), z.B.

gamma + gamma -> proton + antiproton

ist möglich, wenn die Energie des hochenergetischen Photons > 2 * Proton-Ruhemasse. Die Energie des 2. Photons ist dabei unwesentlich, kann auch eines aus dem kosmischen Mikrowellen-Hintergrund sein oder auch Licht.

Das Ganze ist so möglich, da das Photon dieselben Materie-Quantenzahlen wie das Vakuum transportiert (nämlich keine :) ).


Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Uli,

ich würde das Zustandekommen dieses inelastischen Stoßen noch gerne etwas näher beleuchten, falls das Sinn macht. Vor dem Stoß existieren beide Photonen nicht als Teilchen, sondern als EM-Welle. Nun kreuzen sich die Bahnen dieser Wellen und es gibt eine WW bei der e-/e+ entstehen.

Falls diese Vorstellung richtig ist, frage ich mich, warum es nur die Hälfte der Gammaquanten erwischt. Sie sind Milliarden Jahre "unterwegs" und haben ein riesiges Angebot, wenn man den Mikrowellenhintergrund dazu nimmt.

Gibt es eigentlich auch den Prozess der Energieübertragung von Photon zu Photon? Ohne Entstehung von Teilchen?

Ich weiß nicht, wie ergiebig eine Diskussion ist, woher die Teilchen nun wirklich stammen, die da auskondensieren. "Kennt" das Vakuum die Teilchen und entläßt sie, wenn genügend Energie vorhanden ist, als reelle Teilchen? Hat Deine Aussage

damit zu tun?

Gruß, Timm

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Nur am Rande: dass man darüber grübelte, ob ein Quantenobjekt Welle oder Teilchen ist, das ist ja doch schon eine Weile her. Die Entwicklung der Quantentheorie hat diesen Dualismus aufgelöst.

Das mit der Hälfte hast du wahrscheinlich aus dem Artikel im Spektrum der Wissenschaft ?
Dieser Prozess hat ja einen gewissen Streuquerschnitt, den man in der QED übrigens äußerst genau berechnen kann; es gibt also eine Wahrscheinlichkeit für diesen Übergang, wenn sich 2 Photonen nahe genug kommen und wenn genügend Energie vorhanden ist. Ich habe kein Gefühl für die Zahlen, denke aber, diese Wahrscheinlichkeit wird nicht immens groß sein. Immerhin sind massive Teilchen im Endzustand; so etwas drückt die Wahrscheinlichkeitsamplitude immer - je massiver die Teilchen, desto unterdrückter ist der Prozess. Darum werden schwerere Paare erst gar nicht erwähnt. Zum anderen glaube ich auch nicht, dass es im Leerraum sonderlich häufig zu "Photon-Photon-Kollisionen" kommt. Ich weiß es aber nicht wirklich, finde die 50% aber nicht so überraschend - könnte mir vorstellen, dass das "hinhaut".



Ja, es gibt auch elastische Photon-Photon-Streuung. Dieser Pozess ist aber erst in höheren Ordnungen der QED möglich und somit eine Seltenheit:
Der Prozess wird über ein sog. Box-Diagramm vermittelt:

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...lowest.svg.png

Dies ist von links nach rechts zu lesen: 2 Photonen laufen ein, erzeugen ein virtuelles e+ e- -Paar, welches dann wieder in 2 Photonen annihiliert.
Da dieses Diagramm 4 Vertizes hat (Linien-Kreuzungspunkte) ist es entsprechend unterdrückt. Die linke Hälfte des Diagramms sieht fast so aus wie die Paarerzeugung oben. Dieser Prozess ist so selten, dass er schwierig zu beobachten sein dürfte. Bekannt und beobachtet wird jedoch die Variante, in der eines der Photonen aus dem Coulomb-Feld eines Kerns kommt ("Delbrück-Streuung").

Das ist eher eine Frage der Interpretation. Meine Sicht ist eher, dass ein Photon eine gewisse Tendenz hat, latent als ein virtuelles Teilchen-Antiteilchen-Paar zu erscheinen. Wenn genügend Energie vorhanden ist und Impuls ausgetauscht werden kann mit einem 2. Photon, so kann sich das virtuelle Paar als reelles manifestieren.
Dabei gibt es durchaus auch Wahrscheinlichkeiten für die Bildung von Quark-Antiquarkpaaren. Letzteres ist aktuelles Forschungsobjekt theoretisch wie experimentell. Anbei der Link zu einer Publikation einer lieben Kollegin aus einem frühren Leben von mir :)

http://arxiv.org/abs/hep-ph/9602428

daraus:
"... This outwardedly strange fact is the result of fluctuations of a photon into quark-antiquark pairs. ... "

Diese Geschichten sind von Interesse, da sie einen Test der QCD darstellen.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Danke für die ausgezeichneten Erläuterungen, Uli.
Ich habe schon bei Rohoni nachgelesen, melde mich morgen wieder,

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

So ist es, Uli. Man kennt die Intensität des Hintergrundlichtes sehr genau und hat daraus und dem wohl recht gut bekannten Streuprozess, den Du ja geschildert hast, die Verlustrate der Gammaquanten berechnet. Die höchste bisher gemessene Energie betrug 100 TeV! Dagegen dürfte der LHC alt aussehen.

und spielt somit für den Schwund der GQ keine Rolle.

Inzwischen habe ich bei Deiner früheren Kollegin nachgelesen:

Ich habe ab S. 3 nahezu abgeschaltet, vermute aber, sie hatte eine 'leptonic structure' nicht im Fokus. Gibt es denn irgendwelche Teilchen mit Ruhemasse, die nicht im Photon enthalten sind. Bei populären Besprechungen des Urknall gibt es den anfänglichen "Feuerball" der dann über Symmetriebrechungen nach und nach die Teilchen dieser Welt freigibt. Eine Weile dachte ich, mit dieser uranfänglichen Energie wären Photonen gemeint, die nach der derzeitigen Standardtheorie das sog. falsche Vakuum erzeugt. Bei Bojowald klingt das schon anders, Erzeugung aller Teilchen aus der Expansion der diskreten Raumzeit. Ich will das aber jetzt nicht vertiefen.

Besonders interessant erscheint mir:

Ich bezeichne jetzt mal den griechischen Buchstaben gamma, den ich nicht tippen kann, mit g. Für mein Verständnis, was bedeutet eg -> eX. X interpretiere ich als quark/antiquark. DIS liefert aber auch e-/e+, ok?

Kannst Du mir Figure 1. erklären und auch was quark parton model meint?

Die eg Streuung scheint keine Rolle zu spielen (in Bezug auf den Schwund), obwohl der virtuelle Partner doch allgegenwärtig ist, oder?

Diese ganze Thematik ist völlig neu für mich, interessiert mich sehr,

Gruß, Timm

P.S. Ich habe seit 40 Jahren gewisse Bande zu Indien, aber nicht auf wissenschaftlicher Ebene.

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Das Hauptmotiv dieser Studien ist es, die QCD zu testen. Leptonen wechselwirken aber nicht stark - drum sind sie in diesem Kontext uninteressant.

Sämtliche geladenen Elementarteilchen und ihre Anti-Partner werden im Photon als Fluktuation erzeugt. Elektrisch neutrale Teilchen kommen nicht in Frage, denn diese koppeln nicht an das Photon - Photon ist ja der Vermittler der elm. Wechselwirkung, deren Kopplungskonstante die elektrische Ladung ist.

Meines Wissens war dieser "primordial fireball" ein ultra-heißes Plasma, in welchem z.B. die Quarks noch als freie Teilchen vorkamen. Durch die Expansion ist dieses Plasma abgekühlt und das Vakuum hat einen Zustandsübergang durchgemacht; im neuen Zustand gab es dann Quark-Confinement - also keine freien Quarks mehr, sondern Hadronen. Ich denke, das Quark-Gluon-Plasma, das in den Beschleunigern erzeugt werden soll, ist im wesentlichen dasselbe. Siehe z.B.
http://arxiv.org/abs/hep-ph/0006085

Ganz ähnlich, wie auch Materie bei Temperaturänderungen thermodynamische Zustandsänderungen ausführt.

Aber nimm meine Anmerkungen bitte kritisch; ich sage das alles so aus meinem schwachen Gedächntnis heraus, ohne es geprüft zu haben.

Rohini sagt es selbst:
"where X is any hadronic system"
X steht also für eine Menge von Teilchen, die Hadronen enthalten. Da Hadronen aus Quarks bestehen, bist du mit deiner Vermutung ganz dicht dran. Es werden i.a. auch mehr als 1 Quark-Antiquark-Paar sein. Bei diesen Experimenten entstehen ja ganze Jets von herausschießenden Teilchen.



Bin jetzt leider überfragt, ob so etwas auch so klassifiziert wird. Gibt es aber auf jeden Fall.

Der Begriff "Parton" stammt noch aus den Anfängen der tief inelastischen Streu-Experimente mit Nukleonen. Diese Experimente zeigten, dass es im Nukleon unterschiedliche Streuzentren gibt. Diese hatte man als Partonen bezeichnet. Es zeigte sich, dass man diese Partonen im wesentlichen mit den Constituent-Quarks im Nukleon identifizieren kann, aber nur "im wesentlichen", denn es wird gelegentlich auch Streuung an See-Quarks oder Gluonen beobachtet. Denn auch beispielsweise im Proton, das ja aus den Constituent - Quarks uud besteht gibt es Teilchen-Antiteilchen-Fluktuationen; die entsprechenden Quark-Antiquarkpaare bezeichnet man als See-Quarks.

Fig. 1 muss von links nach rechts gelesen werden; es geht um Elektron-Photon-Streuung; das Elektron läuft oben ein, das Photon unten.
Das Elektron kann aufgrund seiner Ladung ein virtuelles Photon erzeugen, das von oben nach unten läuft. Der "Bubble" unten symbolisiert alle möglichen Interaktionen zwischen diesem virtuellen und dem einlaufenden reellen Photon.
In Fig. 2 "zoomen" wir sozusagen in diesen Bubble hinein und sehen, wie das Standardmodell diese Inetraktion erklärt. Es gibt jede Menge Beiräge, von denen die wichtigsten herausgegriffen wurden. In Fig. 2a wird unmittelbar über die elm. WW ein Quark-Antiquark-Paar erzeugt (das Thema dieses Threads); die Abbildungen 2b demonstrieren, wieso die QCD überhaupt ins Spiel kommt; die spiraligen Linien stehen nämlich für virtuelle Gluonen (starke WW).

Elektron - Photon- Streuung setzt ein reelles Elektron voraus; das ist nicht allgegenwärtig.

Ja, meine Frau und ich hatten damals auch sehr freundschaftliche Beziehungen zu Rohini. Wir haben die indische Küche ein wenig kennen gelernt und ein Kollege aus Dortmund ist dann auch später oft nach Indien gefahren. Die bunt international gemischten Teams machten für mich einen besonderen Reiz an der Grundlagenforschung in der Physik.

Wir hatten - mit einem weiteren Kollegen - übrigens auch mal gemeinsam was geschrieben:
http://adsabs.harvard.edu/abs/1987PhLB..194..302G
Das hatte ich aber jetzt schon fast völlig vergessen. Zu lang her .. .

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Alle Achtung Uli. Du warst also früher mal an der Grundlagenforschung beteiligt.

Darf ich dir eine persönliche Frage stellen? Was hat dich damals bewogen, damit aufzuhören? Musst du natürlich nicht beantworten. :)

Gruss, Marco Polo

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Kein Problem, Marco.

Es waren hauptsächlich sehr schlechte Chancen, in absehbarer Zeit eine permanente Position zu bekommen (zu viele Post-Docs und zu wenig Professoren-Stellen); viele der an Teilchentheorie interessierten Kollegen hatten damals wie ich den Abflug in die EDV gemacht.

Aber von denen, die durchgehalten haben, haben es dann wohl doch die meisten geschafft und sitzen mittlerweile auf ihren Professoren-Stellen - aber teils nach einem Dutzend abenteuerlichen 2 - 4 Jahrespositionen an den "Rändern der Welt".

Mir war nicht so nach Abenteuern - hatte Familie mit Kindern im Sinn.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Das leuchtet ein. Danke für den Einblick. :)

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Meine Fragen sind bestens beantwortet, Uli.

Damit hat sich mein Mißverständnis geklärt. Das 'Quantenvakuum' hält nicht per se virtuelle Photonen bereit, mit denen das Gammaquant streuen könnte. Wir hatten ja schon mal eine Diskussion über virtuelle Teilchen, bei der Deine Skepsis durchklang. Ich verstehe das jetzt besser. Ein reelles Elektron ist Vorraussetzung.

Ich habe mir das abstract Eures papers angesehen, klingt nach Theorie pur. Bei mir ging's um die Korrelation von NQR- und IR-Daten am jeweils selben Molekül, war eine überwiegend experimentelle Arbeit.

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Verstehe nur Bahnhof, Timm. :)

NQR = nuclear quadrupole resonance ?
IR = infrarot

Hat das was miteinander zu tun ?

Ja, anscheinend ...
http://www.springerlink.com/content/n737p473t6x515k1/

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Ja, durchaus. Hat man den Komplex R-C=O ... Akzeptor, so verschiebt sich el. Ladung Richtung Akzeptor. Die Änderung der Kopplungskonstanten der C=O Bindung (IR) geht dann mit einer Änderung des Kristallfeldeffekts am Ort eines Akzeptoratom (NQR) einher. Für 2 papers hat's gereicht. Bin dann aber sofort in die Wirtschaft.

Ich habe Herrn Schmidbaur von DA aus mal besucht, als er Probleme mit seinem NQR Spektrometer hatte.

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Bisher sind wir von Streuprozessen ausgegangen, Uli.

Nun gibt es ja auch Paar-Erzeugung aus dem elektrischen Feld, z.B. eines Kondensators. Natürlich muß das Feld genügend Energie bereitstellen. Weder Quanten, noch reelle Teilchen sind im Spiel. Wie ist hier die Vorstellung der Teilchenphysiker? Entstehen neben Leptonenpaaren auch Quantenpaare?

Ich habe keine andere Idee, als daß die Information der die Teilchen beschreibenden Eigenschaften im Vakuum enthalten ist. Kommt man ohne die Annahme virtueller Teilchen aus?

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Timm,


ich denke schon, dass da reelle Teilchen im Spiel sind. Diese sind - der Überfluss der Elektronen an einer, und der Ionen an der anderen Platte des Kondensators. An sich scheint mir die Beteiligung eines reelen, mit Ruhemasse behafteten Teilchens tatsächlich nicht erorderlich zu sein, was dieses Experiment zu zeigen scheint: Materie aus Licht. Ich habe dieses Experiment schon Mal erwähnt, und jetzt habe ich es auch wieder gefunden. Hier gibt es wohl auch ein Abstract dazu, der scheint aber kostenpflichtig zu sein, und einen Login zu erfordern. Vielleicht kann jemand eine kostenfreie Version finden?

Ich finde, dass es eine gute Frage ist. Mann könnte zwar über die Ausrichtung des E-Feldes bestimmen (vermute ich jetzt Mal), wo ein e- und wo ein e+ entstehen müsste, aber wie kommt es zur Erzeugung einer Ladung?

Vielleicht muss man sich die Frage
- "Was ist eine elektrische Ladung?" -
neu stellen?


Gruss, Johann

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Dein Link ist interessant, er trifft allerdings nicht die Fragestellung, es geht darin um Compton-Streuprozesse, SCR.

Inzwischen fand ich diesen:

http://www.dpg-tagungen.de/program/duesseldorf/a6.pdf

Ich glaubte mich zu erinnern, daß so ein Experiment schon mal gemacht wurde, muß mich aber wohl täuschen.

Die schnelle Separung von e-e+ dürfte dafür sorgen, das Annihilierung nicht stattfindet, also entstehen vermutlich keine gamma-Quanten.

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Timm,
Da muß ich mich wohl getäuscht haben - Mein Englisch ist halt auch schon etwas eingerostet. Ich dachte da steht was anderes. ;)

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Ein elektrostatisches Feld alleine kann nach meinem Verständnis unmöglich ein reelles Elektron-Positron-Paar erzeugen.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Wie interpretierst Du dann diesen Vortrag?

http://www.dpg-tagungen.de/program/duesseldorf/a6.pdf

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Nun ja, schon der Titel ihres Vortrags scheint mir recht zu geben:
"e+ e- Paarbildung in starken, gegenläufigen Laserfeldern"

Und dann sprechen sie vom "Multi-Photon-Bereich", und
"Ein mögliches Szenario ist ist das Feld zweier starker, gegenläufiger Laser, welches näherungsweise als oszillierendes, rein elektrisches Feld angesehen werden kann."

Nach meinem Verständnis sind die 2 Laser nicht technische Beigabe, sondern wesentlicher Bestandteil; es braucht eine Photon-Photon-Wechselwirkung für die Paarerzeugung, denn das einzelne Photon eines elektrischen Feldes kann aus rein kinematischen Gründen nicht in ein massives Paar zerfallen (Energie/Impulserhaltung).

Die Formulierung
"oszillierendes, rein elektrisches Feld"
zeigt auch, dass die Situation nicht wirklich statisch ist. Man kann hier also eigentlich nicht von einem elektrostatischen Feld sprechen.

In einem Kondensatorfeld kann das nichts werden (imho).

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo,

das war auch mein Gedanke, dass zumindestens der Impulserhaltungssatz dabei möglicherweise verletzt wäre.


Gruss, Johann

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Den Hinweis, daß die kritische Feldstärke mit statischen elektrischen Feldern derzeit nicht erreicht wird, finde ich bemerkenswert. Leider kann ich kein Fleisch dazu geben, ich verstehe viel zu wenig davon.
Wie wärs denn damit: Ein virtuelles e+ e- Paar wird durch das Feld separiert. Sollte so nicht die Impulserhaltung erfüllt sein?

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Timm, das sind 2 verschiedene Sprachen, die es mir schwer machen, "aus vollem Herzen zuzustimmen". :)
Elektron und Positron sind Elemente der Quantenphysik; ein elektrostatische Feld ist klassische Physik.

Wenn man Erhaltungsgesetze bei Paarerzeugung diskutieren will, muss man m.E. konsequent die Quantenbeschreibung nutzen:
ein Photon (dessen Existenz im elektrostatischen Feld zu begründen ist), zerfällt in e+ und e-.

So ein Prozess ist zwar laut Feynmanregeln der QED prinzipiell möglich, aber wegen der erwähnten Erhaltungsgesetze verboten.

Ich gebe ja zu, dass das, was manche Autoren schreiben, anders klingt.
Vielleicht drücken sie sich ungenau aus ?

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Mir geht in diesem Zusammenhang die Hawking- Strahlung nicht aus dem Sinn.

Auch hier treffen klassische- und Quantenpysik aufeinander. Wobei die radiale Gezeitenkraft die Rolle des statischen elektrischen Feldes als "separierende Kraft" übernimmt, so habe ich es jedenfalls verstanden. Martin Bojowald, der nicht irgendwer ist, geht noch weiter. Er schreibt eine solche separierende Kraft auch dem inflationär expandierendem Universum zu.

Ich will ja nur deutlich machen, weshalb mir die Bemerkung (-> elektrostatisches Feld ) in diesem Vortrag nicht so abwegig erscheint. Dagegen stehen Deine Bedenken wegen der Verletzung der Impulserhaltung, die ich nachvollziehen kann, solange man obligatorisch vom Photon auszugehen hat. Billige mir wenigsten zu, daß ich nicht ganz zu Unrecht verwirrt bin.

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hier wird die Rolle des einen Photons durch ein Photon der Hintergrund-Strahlung übernommen, die ja die Erzeugung der Hawking-Strahlung triggert.
Die Rolle des 2. Photons ünernimmt das Gravitationsfeld, mit dem Impuls und Energie ausgetauscht werden kann: in Quantensprache ein Graviton.

Auch hier zerfällt kein reelles Photon der Hintergundstrahlung so - mir nichts, dir nichts - in ein Paar. Geht nur im Feld (sprich mit einem Graviton).

So ist zumindest mein Verständnis.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Ok, diese genauere Sicht der Hawking-Strahlung leuchtet mir ein. Ich denke, ich hab' dank Deiner Hilfe wieder ein bißchen was dazu gelernt und hake das "statische Feld" jetzt mal ab.

Ich hoffe, wir haben alle prinzipiell wichtigen e+ e- Paarerzeugungen abgehandelt. Es wird mindestens ein Photon benötigt.

Gerade stieß ich auf diesen Link:

http://home.arcor.de/w.u.m.traupe/Paarerzeugung.html

Ist Dir Traube bekannt? Oder Näheres zur Proton Antiproton Erzeugung? Die in der kosmischen Strahlung gefundenen Antiprotonen führt man üblicherweise auf hochenergetische kosmische Prozesse zurück. Gibt es denn eine allgemeine Regel, wonach Materie-Antimaterie Paare grundsätzlich aus Gamma-Quanten entstehen können?

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Kenne ich nicht. Aber, was er in dem Papier schreibt, sieht nicht gut aus. Negative Massen machen keinen Sinn. Im sehr gut bestätigten Standardmodell (insbesondere QED) sind Massen positiv definit. Die CP-Transformation der Quantenfeldtheorie, die formal ein Teilchen in sein Anti-Teilchen transformiert, dreht nur die "ladungs-artigen" Quantenzahlen um.

Schon die Dirac-Gleichung, die die Wellenfunktionen von Elektronen und Positronen gemeinsam beschreibt, wäre im krassen Widerspruch zu so einer Behauptung. Ich weiß nicht, was sonst noch alles dagegen spricht. Zeigt denn dann für ein Teilchen negativer Masse sein Impulsvektor in die zum Geschwindigkeitsvektor entgegengesetzte Richtung ?

Ehrlich gesagt, ich halte ihn für einen Crank.



Diese Regeln gibt es; die QED behandelt alle geladenen Teilchen völlig symmetrisch. Es können Quark-Antiquark-Paare genauso aus einem Photon entstehen wie Elektron-Positron.
Allerdings sind solche Prozesse um so stärker unterdrückt, je höher die Ruhemasse des Paares ist. Das Elektron ist nun einmal das leichteste "materielle Teilchen"; darum wird es - zusammen mit seinem Antiteilchen - am häufigsten erzeugt. Aber, wenn die Erzeugungsprozesse sehr hochenergetisch sind, kann diese Schwelle auch für schwerere Paare überwunden werden.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo,

funktioniert so die schwache WW? Deren Eichbosone sind ja mit (Ruhe-) Masse behaftet.


Gruss, Johann

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Ehrlich gesagt, Timm - ich möchte mich korrigieren.

Ich habe bei der Hawking-Strahlung Zweifel bekommen, ob das nicht doch so ist, wie du sagst. Da diese Strahlung in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizontes erzeugt wird, kann Energie und Impuls mit dem Schwarzen Loch ausgetauscht werden. Deshalb brauchen die Erhaltungssätze nicht notwendig verletzt zu werden dabei.
Die Rolle der Photonen der Hintergrundstrahlung besteht eher darin, ständig geschluckt zu werden und so die Masse des Loches zu erhöhen. Verdampfung tritt dann ein, wenn mehr Hawking-Strahlung abgestrahlt als Hintergrundstrahlung geschluckt wird. Daraus resultiert die Bedingung mit der Temperatur aus meinem obigen Posting.

Ich denke, mein Gedächtnis hatte mir bei meiner ersten Antwort einen Streich gespielt. Sorry.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Ich hatte jetzt mehr ein Photon im Sinne - also QED. Die Materiequantenzahlen eines Paares sind ja in der Summe immer gleich Null.
Paarerzeugung geschieht deshalb nur aus einer Quelle, die dieselben Quantenzahlen wie das Vakuum aufweist (Null). Das ist das Photon.

Die W-Bosonen der schwachen Wechselwirkung sind ja elektrisch geladen; sie können kein Teilchen-Antiteilchen-Paar erzeugen. Typisch sind eher Zerfälle von W-Bosonen in ein Lepton und dessen Antineutrino, z.B.

W- -> e- + Elektron-Antineutrino

Das ist sozusagen die 2. Hälfte eines Betazerfalls.
Die erste wäre so etwas wie

Neutron -> W- + Proton

Bin nicht sicher, ob ich deine Frage richtig verstanden habe, Johann ?

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Kein Problem, Uli. Außerdem halten Wechselbäder jung.

Die Hawking-Strahlung wollte ich nur als Vehikel zur Verbesserung meiner Sicht benutzen. Ich versuche jetzt mal etwas geordneter auf den Punkt zu bringen, was noch unklar ist.

Bleiben wir bei der e+ e- Paarerzeugung und betrachten die Situation nach Anwesenheit bzw. Abwesenheit von Kraft-Feldern.

Ohne Kraft-Feld

Hier hatte ich Deine Beiträge so verstanden, daß, um die Impulserhaltung zu wahren, wenigstens ein Photon beteiligt sein muß. Außerdem klang durch, daß man sich in gewisser Weise e+ e- im Photon "vorgebildet" vorstellen kann.

Mit Kraft-Feld

Am Ereignishorizont: Ist diese Sicht zu simpel oder gar falsch: Die Gezeitenkraft zerrt die Teilchen mit -v und +v auseinander, deshalb ist der Gesamtimpuls null. Dabei wären die Beträge von v für den Zeitpunkt der Separierung als gleich anzusehen. Unmittelbar danach geht jedes Teilchen seiner Wege. Diese Überlegung würde allerdings auch für das elektrostatische Feld gelten.

Ein Photon muß nicht beteiligt sein. Das Teilchen-Paar entsteht direkt aus dem Vakuum. Es ist, wie auch immer, im Vakuum vorgebildet. Eine gängige Vorstellung sind die Fluktuationen virtueller Teichen.

In der Hoffung, nicht zu nervig zu sein,

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Timm, ich weiß nicht, welche Theorie so etwas voraussagen sollte.
Ich erinnere mich ein wenig an die Quantenelektrodynamik, die ja die Basis all dieser Effekte wie Vakuumpolarisation, Selbstenergie etc. ist.

Von ihrer Struktur her ist die QED sehr simpel: es gibt nur einen einzigen fundamentalen Vertex (Kopplung), auf dem alle Prozesse basieren. Als Feynman-Diagramm:

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...QED_vertex.png

Dieses Diagramm kann man nun in beliebigen Richtungen "benutzen":
von links nach rechts gelesen beschreibt es die Paarerzeugung aus einem Photon.

Ohne Photon gibt es in der QED einfach keine Wechselwirkung; das Photon ist der "Vermittler" der elm. Wechselwirkung.

Bei der Hawkingstrahlung dagegen ist die Basis ein Mischmasch aus bekannter QED und plausiblen Vermutungen an eine noch nicht existierende Quantentheorie der Gravitation; möglicherweise kann da ein Graviton die Rolle eines Photons übernehmen - keine Ahnung. :)

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Uli,
Basis der Überlegungen der Hawking-Strahlung bildet die Vakuum-Fluktuation, d.h. die ständige Bildung (und Vernichtung) von virtuellen Teilchen-Antiteilchen-Paaren.
Direkt am EH stattfindend könnte eines der beiden Teilchen in das SL stürzen (negative Energie -> Masseabzug SL) während das andere als reeles Teilchen (-> positive Energie) dem EH entkommt.
Eine konkrete Bezugnahme auf ein Graviton im Sinne eines erforderlichen WW-Teilchens sehe ich da auf Anhieb (noch) nicht :rolleyes:

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Warum sollte denn eines der Teilchen in das schwarze Loch stürzen ?
Dazu muss es ja wohl gravitativ wechselwirken. In Quantenfeldtheorien heisst das, dass es an das entprechende bosonische Quant der Wechselwirkung koppelt. Bei der Gravitation wäre dieses Boson das Graviton.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Uli,
Ja.
Was erst noch zu beweisen wäre.
Und selbst wenn würde ich die WW eines Gravitons nicht mit der eines Photons gleichsetzen wollen:
Das Photon bringt aus meiner Sicht immer (die?) Energie in die WW ein aus der dann anschließend (andere) Materie erst entstehen kann.
Im Fall Hawking-Strahlung sind diese Teilchen - wenn auch nur virtuell - bereits entstanden bevor das Graviton mit einem der beiden in WW treten würde.
Oder siehst Du das anders?

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Damit kann ich erst mal gut leben, Uli.

Gruß, Timm

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Naja, wenn die zukünftige Quantentheorie der Gravitation derart alles über den Haufen wirft, dass kein Quant in Form eines Gravitons benötigt wird, dann wären ihre Eigenschaften vermutlich dermaßen "unkonventionell", dass es auch gar nicht weiter lohnt, über Hawking-Strahlung zu reden.

Auf gar keinen Fall gleichsetzen; sie vermitteln völlig unterschiedliche Wechselwirkungen. Aber sicherlich werden Gravitonen an massive Teilchen "koppeln", sonst gäbe es keine Gravitation. Elektronen und Positronen sind massiv; also können sie sicherlich mittels Austausch eines Gravitons wechselwirken.

Die Frage ist, was soll das heißen: "virtuell entstanden" ?
Entscheidend für die Entstehung von Hawkingstrahlung ist, dass diese Teilchen reell werden, d.h. beobachtet werden können (zumindest eines der beiden). Dabei kann ihnen ein Graviton durchaus "behilflich" sein, da es - gleich einem Photon - Energie und Impuls transportiert.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Uli,

das finde ich jetzt ineressant.

Das würde also heissen, dass die Gravitonen an (z.B.) Phtonen nicht koppeln könnten. Das wiederum würde bedeuten, dass reine Energie nicht "anziehend" sein kann -> kann Raumzeit nicht krümmen. In dem Sinne würde Licht keine Gravitation verursachen?

Sehe ich das richtig?

Gruss, Johann

@Timm: Schau Mal in deine Privatnachrichten rein. ;)

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Johann, ich habe nur gesagt, dass Gravitonen sicherlich an Elektronen koppeln. Mehr wollte ich wirklich nicht gesagt haben. :)

Ich kenne die ART nur oberflächlich (wobei das vielleicht noch eine Übertreibung ist) und von Versuchen, sie zu quantisieren, kenne ich gar nichts.

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Alles klar Uli.

Gruss, Johann

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Uli,
Hawking greift bei seiner Herleitung nicht auf ein Graviton zurück. Siehe auch: http://www.wissenschaft-online.de/as..._h02.html#hawk
Hier noch ein evtl. interessanter Link dazu: http://astro.uni-frankfurt.de/pre200...-Strahlung.ppt
Ist aber auch egal.

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Natürlich nicht: es lässt sich ja quantitativ nichts beschreiben, da es keine renormierbare Quantentheorie der Gravitation gibt. Er musste die Gravitation also aus reiner Not klassisch berücksichtigen.
Dennoch ist klar, dass die Quantensprache (=Gravitonen) die angemessene Beschreibung wäre.

Und jetzt widersprich mir bitte nicht gleich wieder. :)

Gruß,
Uli

AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
 

Hallo Uli,
Was verstehst Du unter gleich? ;)

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Gut gekontert ! :)

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Ein Kommentar dazu wäre vielleicht hilfreich, SCR.

Gruss, Johann :)

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Uli hat mich gebeten ihm nicht zu widersprechen - Dann male ich ihm eben Bildchen. ;)

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Von Timm in der Eingangsfrage:

Es muss, wie in einem anderen Post mal erwähnt ( leider vergessen , welcher, war lange nicht mehr hier, ich suche aber nochmal), eine minimale "Erregungsenergie" geben, die in Form eines niedrigenergetischen Photons übertragen wird.

Eine minimale Energie, bei welcher die Teilchenpaarbildung aus dem Quantenvakkuum überhaupt erst ausgelöst wird, also, ein "kleiner Schubs", um aus Energie Materie zu machen. Und dieser wäre , ich würde beinahe sagen, ein Kandidat für eine neue Konstante, und zwar eine, ab der diese "Manifestation" erst möglich wird.

Dieser "Schubs" ist , ich würde sagen, bald sicher ein sehr wichtiges Forschungsfeld, könnte uns vielleicht in die Lage versetzen, vorsätzlich aus Energie Materie zu erzeugen. Aber das läge in weiter Ferne, denk ich.

Und wenn, was ich bisher nicht wusste, wirklich stimmt, was in Timms Zitat oben steht, dann belegt diese meine Vermutung in einem anderen Thread, dass es tatsächlich eine gewisse energetische "Grenze" gibt, bei welcher , auf Grund von was auch immer, ( kommt bald auch raus ) , aus der Energie im Quantenvakuum ein Teilchenpaar kondensiert.

Oder nicht?

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Hallo me-$-on,

lese Mal diesen Artikel:

Materie aus Licht

Ist bereits 1997 realisiert worden. ;)


Gruss, Johann