Masse Zeit Bahn Teilchen EM-Wellen Abstrahlung geladene Teilchen

Der perfekte Teilchenbeschleuniger

Von: , Frage gestellt am Di, 6. Feb 2001

Man hat ja folgendes Problem bei Teilchenbeschleunigern:
Man muß die Teilchen ja irgendwie kontrollieren, daher verwendet man geladene Teilchen in Verbindung mit Elektromagnetismus um sie zu fokussieren und auf eine Bahn zu lenken. Dummerweise geht dabei bekanntermaßen Energie in Form von Synchronotonstrahlung verloren. Dadurch stößt man inzwischen an Grenzen bei der Umsetzung von immer leistungsfähigeren Beschleunigern.

Folgende rein theoretische Annahme: Wäre man in der Lage, beliebig Gravitationsfelder mit einer Art "Graviton - Spule" zu erzeugen, könnte man dann nicht einfach neutrale Teilchen nehmen ( z.B. Neutronen - sind immerhin nach außen neutral ) und diese auf Kreisbahn ohne EM zu beschleunigen? Diese Teilchen bekommen zwar eine Bahnbeschleunigung, die fehlende Ladung führt aber dazu, daß kein Energieverlust durch Strahlung entsteht, oder?

Florian

29 Antworten zu dieser Frage

1. Antwort von nach 16 Minuten hilfreich

   Gravitationswellen

   
   Folgende rein theoretische Annahme: Wäre man in der Lage,
   beliebig Gravitationsfelder mit einer Art "Graviton - Spule"
   zu erzeugen, könnte man dann nicht einfach neutrale Teilchen
   nehmen ( z.B. Neutronen - sind immerhin nach außen neutral )
   und diese auf Kreisbahn ohne EM zu beschleunigen? Diese
   Teilchen bekommen zwar eine Bahnbeschleunigung, die fehlende
   Ladung führt aber dazu, daß kein Energieverlust durch
   Strahlung entsteht, oder?
   
   Durch Synchrotronstrahlung entst"unde in der Tat kein Energieverlust, wohl aber durch Gravitationswellen. Dass das so ist, wurde bereits beobachtet - und zwar anhand von umeinander kreisenden Pulsaren (der erste Doppelpulsar, an dem die Abnahme der Periode beobachtet werden konnte, war PSR 1913+16). Diese verlieren n"amlich Energie (in Form von Gravitiationswellen), wodurch sich die Umlaufperiode "andert (sie wird gr"osser - -dOmega/dt ~ Omega^5).
   Also, so wie elektrisch geladene Teilchen auf Kreisbahnen Energie in Form von EM-Wellen verlieren, verliert Masse auf Kreisbahnen Energie in Form von Gravitationswellen.
   

   • Antwort von nach 8 Stunden hilfreich

     Re: Gravitationswellen

     Durch Synchrotronstrahlung entst"unde in der Tat kein
     Energieverlust, wohl aber durch Gravitationswellen. Dass das
     so ist, wurde bereits beobachtet - und zwar anhand von
     umeinander kreisenden Pulsaren (der erste Doppelpulsar, an dem
     die Abnahme der Periode beobachtet werden konnte, war PSR
     1913+16). Diese verlieren n"amlich Energie (in Form von
     Gravitiationswellen), wodurch sich die Umlaufperiode "andert
     (sie wird gr"osser - -dOmega/dt ~ Omega^5).
     Hm, habe ich das jetzt richtig verstanden ? Die Periodendauer wird kleiner, oder ?
     
     Woher weiss man eigentlich daß dieser Effekt durch Abstrahlung von Gravitationswellen entsteht ? Die Gezeitenkräfte könnten doch auch erhebliche Energieverluste verursachen.
     
     fragt sich Jörg
     

     • Antwort von nach 18 Stunden hilfreich

       Re^2: Gravitationswellen

       Hm, habe ich das jetzt richtig verstanden ? Die Periodendauer
       wird kleiner, oder ?
       
       Woher weiss man eigentlich daß dieser Effekt durch Abstrahlung
       von Gravitationswellen entsteht ? Die Gezeitenkräfte könnten
       doch auch erhebliche Energieverluste verursachen.
       
       Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
       schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
       als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
       ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
       freigesetzt.
       Warum nicht Gezeiten? Ich denke, es liegt daran, dass die
       bei Binaerpulsaren gemessenen Periodenaenderungen genau dem
       entsprechen, die durch die allgemeine Relativitaetstheorie
       infolge von Gravitationswellenstrahlung vorausgesagt wird.
       Mit anderen Worten, das Modell der Gravitationswellen beschreibt
       den beobachteten Effekt besser als die Gezeitenwechselwirkung.
       
       MEB
       

       • Antwort von nach einem Tag hilfreich

         Re^3: Gravitationswellen

         
         Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
         schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
         als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
         ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
         freigesetzt.
         Wieso eigentlich mit einem Knall ? Wo kommt denn da plötzlich so viel Energie her ? Warum nicht Gezeiten? Ich denke, es liegt daran, dass die
         bei Binaerpulsaren gemessenen Periodenaenderungen genau dem
         entsprechen, die durch die allgemeine Relativitaetstheorie
         infolge von Gravitationswellenstrahlung vorausgesagt wird.
         Mit anderen Worten, das Modell der Gravitationswellen
         beschreibt
         den beobachteten Effekt besser als die Gezeitenwechselwirkung.
         
         Kann man daraus umgekehrt schließen, daß die Gezeitenkräfte keine Rolle spielen oder daß sie so stark sind, daß sich bereits eine orbitale Resonanz eingestellt hat ?
         

         • Antwort von nach einem Tag hilfreich

           Re^4: Gravitationswellen

           Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
           schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
           als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
           ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
           freigesetzt.
           Wieso eigentlich mit einem Knall ? Wo kommt denn da plötzlich
           so viel Energie her ?
           
           Pulsare (Neutronensterne) koennen nur bis zu einer oberen
           Massengrenze existieren. Die Lage dieser Grenze (2-5
           Sonnenmassen) haengt davon ab, mit welchem Modell man das
           entartete Neutronengas eines solchen Sterns beschreibt
           (Zustandsgleichungen).
           Saugt ein Neutronenstern Materie und erhoeht damit seine Masse,
           dann kommt irgendwann der Punkt des Ueberschreitens der Massen-
           grenze. Eine Vereinigung zweier Neutronensterne ist ein sehr
           abruptes Erhoehen der Massenkonzentration. Es erfolgt ein
           Gravitationskollaps, der mit der Bildung eines Schwarzen Loches
           endet. Die Energie wird durch die Gravitation "geliefert".
           Das heisst auch, dass die Masse des Gesamtsystems nicht gleich
           der Massensumme der Einzelkomponenten sein wird. Die Massen-
           differenz wird gemaess E=mc^2 in den Raum "geblasen". Und
           es handelt sich hier um Betraege, die mit der Masse der Sonne
           vergleichbar sind.
           
           MEB
           

           • Antwort von nach einem Tag hilfreich

             Re^5: Gravitationswellen

             Die Pulsare ruecken enger zusammen und vereinigen sich
             schliesslich. Bei diesem Knall (um Groessenordnungen groesser
             als eine Supernova), so meinen einige Modelle, werden die
             ueber ein viertel Jahrhundert raetselhaften Gamma-Ray-Burst
             freigesetzt.
             Wieso eigentlich mit einem Knall ? Wo kommt denn da plötzlich
             so viel Energie her ?
             
             Pulsare (Neutronensterne) koennen nur bis zu einer oberen
             Massengrenze existieren. Die Lage dieser Grenze (2-5
             Sonnenmassen) haengt davon ab, mit welchem Modell man das
             entartete Neutronengas eines solchen Sterns beschreibt
             (Zustandsgleichungen).
             Saugt ein Neutronenstern Materie und erhoeht damit seine
             Masse,
             dann kommt irgendwann der Punkt des Ueberschreitens der
             Massen-
             grenze. Eine Vereinigung zweier Neutronensterne ist ein sehr
             abruptes Erhoehen der Massenkonzentration. Es erfolgt ein
             Gravitationskollaps, der mit der Bildung eines Schwarzen
             Loches
             endet. Die Energie wird durch die Gravitation "geliefert".
             Das heisst auch, dass die Masse des Gesamtsystems nicht gleich
             der Massensumme der Einzelkomponenten sein wird. Die Massen-
             differenz wird gemaess E=mc^2 in den Raum "geblasen". Und
             es handelt sich hier um Betraege, die mit der Masse der Sonne
             vergleichbar sind.
             
             Das Problem ist nur, warum das so plötzlich passieren soll. Immerhin wirken ja auch erhebliche Fliehkräfte, die den Zusammenprall der Sterne noch bis kurz vor der Vereinigung verhindern. Diese müßten dann ja auch den Gravitationskollaps für lange Zeit hinauszögern. Ich stelle mir das etwa wie eine rotierende Hantel vor, die sich ganz langsam zu einer stark abgeplatteten rotierenden Kugel formt.
             
             Jörg
             

           • Antwort von nach einem Tag hilfreich

             Re^6: Gravitationswellen

             Das Problem ist nur, warum das so plötzlich passieren soll.
             Immerhin wirken ja auch erhebliche Fliehkräfte, die den
             Zusammenprall der Sterne noch bis kurz vor der Vereinigung
             verhindern.
             Wenn der Gravitationskollaps einsetz, dann gibt es nichts mehr, was ihn aufhalten kann. Im Schwarzschildradius wirkt die Zentrifugalkraft sogar nach innen. Alles, was sich dann noch außerhalb des Schwarzschildradius befindet rotiert mit nahezu Lichtgewschwindigkeit um das entstehede schwarze Loch herum, wobei die Masse mit hohem Wirkungsgrad in Strahlung umgewandelt wird.
             

           • Antwort von nach einem Tag hilfreich

             am Rande

             Im Schwarzschildradius wirkt die
             Zentrifugalkraft sogar nach innen.
             Die wirkt auch außerhalb zwischen 1R und 2R bereits nach innen...
             

         • Antwort von nach einem Tag hilfreich

           Re^4: Gravitationswellen

           Mit anderen Worten, das Modell der Gravitationswellen
           beschreibt
           den beobachteten Effekt besser als die Gezeitenwechselwirkung.
           
           Kann man daraus umgekehrt schließen, daß die Gezeitenkräfte
           keine Rolle spielen oder daß sie so stark sind, daß sich
           bereits eine orbitale Resonanz eingestellt hat ?
           Ich dachte nicht daran, dass solche Binaerpulsare synchron
           rotieren, pardon. Die Gezeitenbremse wirkt nur, wenn die Rotation
           der Koerper schneller erfolgt als der Umlauf. Dann wirken die
           Gezeiten als Bremse auf die Rotation der Einzelkoerper. Infolge-
           dessen erweitern beide Koerper ihren Abstand zueinander (Dreh-
           impulserhaltung). Bei Binaerpulsaren sind Rotation und Umlauf
           synchronisiert. "In erster Naeherung" kann man also sagen, dass
           es fuer die Gezeiten nichts mehr zu veraendern gibt, sie haben
           ja schon Umlauf und Rotation "gleichgemacht". Bei genauerer
           Rechnung wird aber die Umlaufperiode durch Gravitationswellen-
           abstrahlung verkuerzt. Es entsteht wieder eine kleine Differenz
           zwischen Umlaufperiode und Rotation, die Gezeiten wirken und
           versuchen das auszugleichen. Der Umlauf ist schneller, die
           Rotation wuerde durch die Gezeiten erhoeht werden, infolge
           Drehimpulserhaltung muesste der Abstand wieder wachsen. In dem
           Sinne wirken die Gezeiten der Gravitationswellenabstrahlung
           "entgegen". Ich habe aber keine Vorstellung ueber die Groessen-
           verhaeltnisse beider Effekte. Moeglicherweise ist die Gezeiten-
           wirkung (die ja erst "in zweiter Naeherung" wirksam ist), ver-
           nachlaessigbar klein.
           
           MEB
           

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