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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
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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. Zitat:
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#2
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Hallo Timm und EMI,
Zitat:
Zitat:
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): 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 |
#3
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Zitat:
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 Zitat:
Gruß, Timm |
#4
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Zitat:
Zitat:
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". Zitat:
Der Prozess wird über ein sog. Box-Diagramm vermittelt: 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"). Zitat:
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 |
#5
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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 |
#6
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
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Besonders interessant erscheint mir: Zitat:
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. |
#7
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Zitat:
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Zitat:
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. Zitat:
"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). Zitat:
Zitat:
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 Ge?ndert von Uli (12.07.09 um 14:56 Uhr) Grund: Typos |
#8
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Zitat:
Darf ich dir eine persönliche Frage stellen? Was hat dich damals bewogen, damit aufzuhören? Musst du natürlich nicht beantworten. Gruss, Marco Polo |
#9
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Zitat:
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 |
#10
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AW: Entstehung von Teilchen+Antiteilchen aus dem Vakuum
Das leuchtet ein. Danke für den Einblick.
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