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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 29.07.22, 04:26
antaris antaris ist offline
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Standard Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Sollte das Thema in dieser Rubrik nicht passen, dann bitte verschieben.

Zitat:
Im Standardmodell der Teilchenphysik (SM) ist keines der Elementarteilchen ein Majorana-Fermion. Stattdessen werden hier alle Fermionen durch Dirac-Spinoren beschrieben, auch die Neutrinos, die also standardmäßig von Antineutrinos unterscheidbar sind. Allerdings sind die Neutrinos im Standardmodell masselos, im Widerspruch zu experimentellen Ergebnissen. Eine populäre Erklärung für die wegen der beobachteten Neutrinooszillation vermuteten Neutrinomassen, der See-Saw-Mechanismus, erfordert dagegen die Beschreibung der Neutrinos durch Majorana-Spinoren und damit die Gleichheit von Neutrinos und Antineutrinos. Dies würde wiederum eine Verletzung der Leptonenzahlerhaltung implizieren.
Ich weis das bisher noch kein echter Nachweis über Majorana-Teilchen erbracht wurde aber wie wäre sonst die Neutrinooszillation möglich?
Die Aussage dass die Neutrinos mit Weyl-Spinoren beschrieben werden stimmt aber das funktioniert eben nur mit Masse=0.

Zitat:
Majorana-Fermionen sind in der Elementarteilchenphysik Teilchen mit halbzahligem Spin (Fermionen), deren Antiteilchen die gleichen Eigenschaften haben wie die Teilchen selbst. Sie wurden nach Ettore Majorana benannt.

Majorana-Fermionen tragen insbesondere keine elektrische Ladung, denn andernfalls trügen Teilchen und Antiteilchen entgegengesetzte Ladungen und wären somit klar unterscheidbar, wie z. B. Elektronen und Positronen. Solche Fermionen, die eine Ladung tragen können, werden als Dirac-Fermionen bezeichnet.
Aktuell ist Microsoft bei der Erforschung wohl ganz vorne mit dabei.
https://www.pro-physik.de/nachrichte...rana-fermionen

Zitat:
„Die kollektive, asymmetrische Verteilung der Elektronen, die in diesen Nanodrähten erzeugt wird, lässt sich physikalisch als Quasiteilchen beschreiben“, sagt Gabriel Aeppli, Leiter des Forschungsbereichs für Photonen*forschung am PSI und ebenfalls an der aktuellen Studie beteiligt. „Wenn nun geeignete Halbleiter- und Supraleiter*materialien gewählt werden, sollten sich aus diesen Elektronen an den Enden der Nanodrähte besondere Quasiteilchen namens Majorana-Fermionen bilden.“
Wie gesagt es ist noch nicht bestätigt. Diese Forschung ist ein Teil der Erforschung von topologischen Eigenschaften der Materie, insbesondere in den kleinsten Skalen. Dafür wurde 2016 der Physik Nobelpreis vergeben.
https://www.weltderphysik.de/thema/p...r-physik-2016/

Wie seht ihr das mit den Neutrinos? Sind sie ihre eigenen Antiteilchen oder nicht? Was würde geschehen, wenn der Nachweis erbracht werden würde, dass Elektronen sich unter bestimmten Bedingungen zu Majorana Teilchen brechen? Ein Hinweis auf die Majorana Teilchen ist der experimentelle Befund, dass sie eine Masse haben müssen und die Neutrinos somit eigentlich Majorana-Teilchen sein müssten.

Ge?ndert von antaris (29.07.22 um 08:40 Uhr)
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  #2  
Alt 31.07.22, 10:22
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Standard AW: Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Zitat:
Zitat von antaris Beitrag anzeigen

Ich weis das bisher noch kein echter Nachweis über Majorana-Teilchen erbracht wurde aber wie wäre sonst die Neutrinooszillation möglich?
M.W. ist es kein Problem, Massenterme für Dirac-Neutrinos in die Lagrangedichte der elektroschwachen Theorie einzuführen. Was sollte denn dagegen sprechen, sie analog zu den anderen Leptonen zu behandeln?
Dass sie im SM masselos eingeführt wurden, liegt doch einfach daran, dass man damals glaubte, dass sie keine Masse haben.
Aber Majorana-Neutrinos sind natürlich ein echte Alternative dazu.
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  #3  
Alt 31.07.22, 19:03
antaris antaris ist offline
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Standard AW: Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
M.W. ist es kein Problem, Massenterme für Dirac-Neutrinos in die Lagrangedichte der elektroschwachen Theorie einzuführen. Was sollte denn dagegen sprechen, sie analog zu den anderen Leptonen zu behandeln?
Dass sie im SM masselos eingeführt wurden, liegt doch einfach daran, dass man damals glaubte, dass sie keine Masse haben.
Aber Majorana-Neutrinos sind natürlich ein echte Alternative dazu.
Ok also beschreibt der See-Saw Mechanismus die Massen als Dirac-Fermion mit den Weyl-Spinoren?
Dennoch sind ja einige Fragen im Bezug zur Ursache der Oszillation und der Masse der Neutrinos offen.

Seite 120, 1. Absatz
Zitat:
Dabei ist derzeit nicht klar, welcher Mechanismus den Neutrino-Oszillationen zugrunde liegt, denn auch der Mechanismus der Massenerzeugung für Neutrinos, denn auch der Mechanismus der Massenerzeugung für Neutrinos ist noch ungeklärt
......
Im Prinzip konnte es mehr als drei Masse-Eigenzustande geben, so dass eine oder mehrere Linearkombinationen nicht an das ¨
W-Boson des SM koppeln, sogenannte ”
sterile Neutrinos“.
Sollte sich nun aber herausstellen, dass die elektrisch geladenen Fermionen bzw. eben die Elektronen doch teilbar sind (Majorana-Teilchen), dann würde das eine Menge Fragen aufwerfen aber ist ja sehr spekulativ.
Ich glaube die Erforschung der Neutrinos könnte ziemlich interessante Erkenntnisse bringen.
Ich mein warum sind sie immer relativistisch und haben dennoch eine Masse?

Die Anzahl der Neutrinos, die in der Sonne erzeugt werden, wird ja über die Leuchtkraft der Sonne berechnet. Im Sonnenmodell gibt es aber keine Erklärung für den enormen Temperaturanstieg in der Sonnenkorona, die ja um ein Vielfaches heißer ist, als die Oberfläche der Sonne.
Wäre es denkbar, dass die Oszillation der Sonnenneutrinos mit der Corona im Zusammenhang stehen?
Entstehen in der Hitze der Corona eigentlich auch Photonen oder kommen die alle aus dem inneren der Sonne?

Durchdringungsfähigkeit (Wirkungsquerschnitt)
Sehr interessant finde ich auch, dass hochenergetische Neutrinos mit einer höheren Wahrscheinlichkeit mit Elektronen Wechselwirken, als wenn sie niederenergetisch sind. Da die Wechselwirkung immer schwach ist und somit den Zerfallsprozess scheinbar direkt beeinflusst, wäre doch ein größerer Zusammenhang mit den Neutrinos und der schwachen Wechselwirkung denkbar?
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  #4  
Alt 31.07.22, 20:37
Bernhard Bernhard ist offline
Moderator
 
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Standard AW: Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Ich kenne keine gute physikalische Begründung für die Existenz von Majorana-Fermionen. Es gibt nur die Möglichkeit einer konsistenten mathematisch-physikalischen Beschreibung. Die Nichterhaltung der Leptonenzahl wäre ein vergleichsweise ungewöhnlicher Effekt und dementsprechend lassen die experimentellen Nachweise auch stark auf sich warten.

Das Thema Majorana-Fermionen gehört eigentlich in den Bereich Theorien jenseits der Standardphysik.
__________________
Freundliche Grüße, B.
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  #5  
Alt 01.08.22, 01:22
antaris antaris ist offline
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Standard AW: Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Ich kenne keine gute physikalische Begründung für die Existenz von Majorana-Fermionen. Es gibt nur die Möglichkeit einer konsistenten mathematisch-physikalischen Beschreibung. Die Nichterhaltung der Leptonenzahl wäre ein vergleichsweise ungewöhnlicher Effekt und dementsprechend lassen die experimentellen Nachweise auch stark auf sich warten.

Das Thema Majorana-Fermionen gehört eigentlich in den Bereich Theorien jenseits der Standardphysik.

Na die stets relativistische Geschwindigkeit der Neutrinos, trotz der Masse, passt ja nicht zu den restlichen Fermionen. Ebenso dass sie nur schwach und gravitativ wechselwirken.

Was ist mit dem Wirkungsquerschnitt, der scheinbar direkten Einfluss auf "stärke" der schwachen Wechselwirkung nimmt und das sie gravitativ wirken obwohl die Masse scheinbar nicht aus dem Higgs-Feld stammt.

Was die "Majorana-Elektronen" angeht steckt da wohl sehr viel Hoffnung drin, da diese eine isolierende Wirkung gegen äußere Einwirkungen haben. Das ist der Grund warum bei den Quantencomputern so stark danach gesucht wird.


https://www.weltderphysik.de/gebiet/...d-erforschung/
Zitat:
Zum Einen hängt die Halbwertszeit des Zerfalls mit der Masse der Neutrinos zusammen und könnte weitere Hinweise liefern, wie groß diese genau ist. Zum anderen müsste, wenn der Zerfall tatsächlich beobachtet wird, eine weitere Grundannahme des Standardmodells revidiert werden: nämlich, dass eine quantenmechanische Größe namens Leptonenzahl in allen Reaktionen erhalten bleiben muss. Darüber hinaus könnte die Identität von Neutrinos und Antineutrinos dabei helfen, die Frage nach der fehlenden Antimaterie im Universum zu beantworten. Warum das beobachtbare Universum voll von Materie ist, aber kaum Antimaterie enthält, ist eine der drängenden Fragen der modernen Astrophysik und Kosmologie.
Ich finde das liest sich insgesamt als Hoffnungsträger.
Dann noch die sterilen Neutrinos..

Zitat:
Welche Auswirkungen die Existenz von sterilen Neutrinos hat, hängt stark von ihrer Masse ab.[1] Die Existenz leichter steriler Neutrinos, deren Masse mit der der bekannten Neutrinos vergleichbar ist, wird häufig im Zusammenhang mit der Reaktor-Neutrino-Anomalie[2], den Beschleunigerexperimenten LSND und MiniBooNE sowie den Ergebnissen von Messungen mit Neutrinoquellen diskutiert. Die experimentelle Datenlage in diesem Zusammenhang ist noch nicht eindeutig.[3] Aktuelle Erkenntnisse von MiniBooNE deuten auf Ergebnisse hin, die nicht mit dem Standardmodell vereinbar sind, sich aber durch die Existenz steriler Neutrinos erklären lassen.[
So ganz unrelevant ist das alles wohl nicht. Gerade die die fehlende Antimaterie könnte mit den Neutrinos zusammenhängen.
Letztendlich ist es ja vor allem der 1/2h Spin, der Neutrinos mit den restlichen Fermionen vereint.

Ge?ndert von antaris (01.08.22 um 01:48 Uhr)
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  #6  
Alt 01.08.22, 19:10
Hawkwind Hawkwind ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Ich kenne keine gute physikalische Begründung für die Existenz von Majorana-Fermionen. Es gibt nur die Möglichkeit einer konsistenten mathematisch-physikalischen Beschreibung. Die Nichterhaltung der Leptonenzahl wäre ein vergleichsweise ungewöhnlicher Effekt und dementsprechend lassen die experimentellen Nachweise auch stark auf sich warten.

Das Thema Majorana-Fermionen gehört eigentlich in den Bereich Theorien jenseits der Standardphysik.
Die Beobachtung des neutrinolosen Doppel-Beta-Zerfalls von Kernen wäre ein ziemlich klares Indiz für die Existenz von Majorana-Neutrinos; da laufen m.W. ja einige Experimente.

In 2001 gab es ein Experiment, das angeblich solche Zerfälle gesehen hatte:
https://www.worldscientific.com/doi/...17732301005825

Dieses Ergebnis konnte aber bis heute nicht unabhängig bestätigt werden; es war wohl ein Fehler. Nach Stand der Dinge gibt es experimentell nur untere Grenzen für die partiellen Halbwertszeiten solche Zerfälle. Den Status von Theorie und Experimenten findet man z.B. hier
https://arxiv.org/pdf/1902.04097v1.pdf

Ge?ndert von Hawkwind (01.08.22 um 19:12 Uhr)
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  #7  
Alt 02.08.22, 09:56
Bernhard Bernhard ist offline
Moderator
 
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Standard AW: Quantencomputer, Neutrinos, See-Saw Mechanismus und die Majorana Teilchen

Sterile leichte Neutrions und sterile schwere Bosonen sind mMn gute Kandidaten für die Dunkle Materie. Man benötigt dafür im Ansatz nur die üblichen und bestätigten Modelle.
__________________
Freundliche Grüße, B.
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