Hallo Zusammen
Das sich ein Elektron und ein Positron bei einem Kontakt gegenseitig in Energie umwandeln ist mir klar (Materia/Antimaterie). Was ist aber wenn sich, zum Beispiel, ein Proton (Materie) und ein Positron (Antimaterie) begegnen? Passiert hier etwas, oder doch nicht?
Oder rein hypothtisch gefragt (nur als Beispiel): Könnte man Positronen durch eine Schale Protonen gegen normale Materie „abschirmen“?
Danke und Gruss
Christian
Hi,
erstmal kommen sie sich nicht nahe, da beide positiv geladen sind. Und dann gibt es keine elementare Reaktion von Proton und Positron.
Ein Proton kann aber unter Abgabe eines Neutrinos in ein Neutron und ein Positron zerfallen.
Man kann natürlich Protonen mit Positronen im Beschleuniger bombardieren, aber dabei wird die kinetische Energie des Positrons in neue Teilchenpaare umgesetzt, was dann in der Folge auch Reaktionen mit den Protonen verursachen kann.
Beachte, der Raum zwischen den Elementarteilchen besteht zu 99,9999% (oder so) aus Vakuum, was einen Schild aus Protonen ziemlich löchrig machen würde. Es sei denn, Du befindest Dich in einem Neutronenstern, aber dann hättest Du weit grav(it)ierendere Probleme.
Gruß, Lutz
Hallo Christian
Das sich ein Elektron und ein Positron bei einem Kontakt
gegenseitig in Energie umwandeln ist mir klar
(Materia/Antimaterie). Was ist aber wenn sich, zum Beispiel,
ein Proton (Materie) und ein Positron (Antimaterie) begegnen?
Passiert hier etwas, oder doch nicht?Oder rein hypothtisch gefragt (nur als Beispiel): Könnte man
Positronen durch eine Schale Protonen gegen normale Materie
„abschirmen“?
Nein
In der Natur gibt es 4 bekannte Naturkräfte.
die starke Wechselwirkung, der nur Hadronen unterliegen. Das Proton ist ein Hadron, das Positron nicht
Die elektromagnetische Wechselwirkung. Sowohl Proton als auch Positron sind elektrisch geladen und zwar beide positiv. Solche Ladungen stoßen sich ab. Also stoßen sich Proton und Positron gegenseitig ab.
die schwache Wechselwirkung. Theoretisch können Proton und Positron darüber miteinander reagieren. Da aber die elektrische Ladung erhalten bleibt (Eingang wäre 2 Mal positive Ladung), wüsste ich jetzt nicht, wie der Ausgang aussehen könnte. Also das kommt wohl gar nicht oder nur extrem selten vor.
die Gravitation. Die wirkt anziehend ist aber viel, viel, viel, viel,… schwächer als die elektromagnetische Wechselwirkung. Also kann man die vernachlässigen.
Unterm Strich:
Die beiden positiven elektrischen Ladungen stoßen sich ab und das Ganze fliegt wie nix auseinander.
Das einzige, was man eventuell tun kann, ist ein Kristallgitter zu nehmen (also nicht nur Protonen, sondern gebundene Atome) und die Positronen darin so einzubetten, das sie im Gleichgewicht sind. Aber ich glaube, dass es hier günstiger ist, eine magnetische Falle zu verwenden, was heutzutage ja auch gemacht wird, um Positronen zu speichern.
Gruß
Thomas
Hallo
Oder rein hypothtisch gefragt (nur als Beispiel): Könnte man
Positronen durch eine Schale Protonen gegen normale Materie
„abschirmen“?
Rein praktisch:
Nein das geht nicht.
Was ist bei Dir eine „Schale Protonen“?
Reine Protonen stossen sich ab, können keine Bindungen behalten.
Ein gedachter Behälter aus reinen Protonen ist elektrisch leitfähig wie Metall oder besser und unterliegt somit der Elektrostatik, welche u.a. besagt, das es im inneren eines metallischen Körpers an der Wandung keine Ladung gibt.
MfG
Matthias
Hallo Zusammen
Zuerst einmal Danke für die Antworten, aber ich sehe schon ich habe mich wohl unglücklich ausgedrückt bei meiner Fragestellung; an die verschiedenen Ladungen z.B. habe ich gar nicht gedacht und darum ist meine eigentliche Frage „gar nicht zum Zuge gekommen“.
Mir geht es darum: Müssen sich bei der Umwandlung von Materie beim Kontakt mit Antimaterie in Energie, jeweils die exakten „Gegenpartner“ (Proton/Antiproton oder Elektron/Positron) begegnen? Oder findet die Umwandlung auch statt wenn sich z.B. ein Elektron und ein Antiproton begegenen würden?
Mir geht es rein um diesen Aspekt, denn das interessiert mich; aber isoliert ohne weitere Einflüsse wie Ladungen, Grafitation, starke/schwache Kernkraft usw. betrachtet…, oder funktioniert das so gar nicht bei so dieser Frage?
Danke und Gruss
Christian
Hallo!
Ich glaube, es wurde versucht deine Frage zu beantworten, hat wohl nicht ganz geklappt.
Solche „Vernichtungen“ zeichnet man gerne in Diagramen, zwei Linien laufen ein (sagen wir dein positron, Ladung e+ und ein Proton, Ladung ebenfalss e+) , eine aus : ein Photon, denn du wolltest ja, dass sie zerstrahlen.
Also treffen sich 3 Linien in einem Punkt, 2 laufen ein, 1 raus.
Nun laufen 2 e+ ein, die auslaufenden Ladung beträgt 0. Wo ist die Ladung hin? Wir benötigen zumindest Ladungserhaltung in einem Punkt.
ALso sind schon mal alle Prozesse mit gleicher Ladung ausgeschlossen. Das wollte man dir mitteilen.
Außerdem müssen in einem Punkt immer Energie und Impulserhaltung gelten.
Ich kenne auch sonst keine Prozesse in denen Teilchen nicht mit ihrem Antiteilchen zerstrahlen.
lg
Alex
Mir geht es darum: Müssen sich bei der Umwandlung von Materie
beim Kontakt mit Antimaterie in Energie, jeweils die exakten
„Gegenpartner“ (Proton/Antiproton oder Elektron/Positron)
begegnen?
Antwort: Im Prinzip ja
Also die Vernichtungsreaktion geschieht über die exakten Partner. Aber es gibt ja auch noch Vakuumfluktuation und über die sind auch noch andere Reaktionen vorstellbar. Aber im Endeffekt bleibt das Antiteilchen erhalten
Beispiel:
Ein Positron und ein Proton begegnen sich mit genügend hoher Energie. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung ensteht virtuell ein Elektron - Positron Paar. Das Elektron und das ursprüngliche Positron vernichten sich, aber das virtuelle Positron bleibt erhalten. Wir haben es also mit einem Positron-Proton Stoß zu tun.
Der Punkt einer Vernichtung ist, dass Energie (Gamma Strahlung) alle Quantenzahlen auf 0 hat (Ladung, Leptonenzahl, Hadronnenzahlen, Drehimpuls, etc). Da diese erhalten bleiben müssen die Quantenzahlen vorher und nachher gleich sein und die Bestandteile der Reaktion müssen diese liefern.
Beispiel:
Ein Proton und ein Positron hat Ladung +2, Leptonenzahl +1, Hadronenzahl +1. Im Ausgang muss also ein Positron sein
Gruß
Thomas
Positron-Proton-Kollision
Hallo,
Das sich ein Elektron und ein Positron bei einem Kontakt gegenseitig in Energie umwandeln ist mir klar
So klar ist das gar nicht. Mit „in Energie“ meinst du natürlich den Prozess
e+ + e- → γ + γ
→ Hier der Feynman-Graph dazu.
Aber der ist nur bei sehr niedrigen Energien möglich. Bei höheren Energien sieht das schon sehr viel komplizierter aus. Da gibt es zunächst die sog. → elastische Streung und die Annihilation in unzähligen sehr komplexen → Varianten, bei der zunächst ein hochenergetisches Photon oder ein Z-Boson entsteht, das dann spontan wieder in verschiedenen Kanäle von Quark-Antiquark-Paaren (i.A. Mesonen) mit Folgeprozessen zerfällt.
Solche Prozesse wurden im LEP (Large Electron Positron Collider) am CERN in Genf über 11 Jahre lang untersucht, bis der LEP in den LHC umgebaut wurde.
Positron und Proton tun sich bei niedrigen Energien nichts, das ist klar, weil die elektromagnetische Barriere das verhindert. Solche Sachen wie Elektroneneinfang innerhalb eines Atoms
p+ + e- → n + νe
gibt es daher für Positronen nicht. Aber bei höheren Energien passiert bei der Positron-Proton-Kollision sehr viel Abenteuerliches, wobei die em-Repulsion keine Rolle mehr spielt. Hier interagiert das Positron (ebenso wie gegebenenfalls das Elektron) über einen Photon-Kanal oder Z-Kanal oder W-Kanal mit einem der Proton-Quarks, wobei mehrere Hadronen-Jets entstehen (Baryonen, Mesonen).
→ Hier eine vereinfahcte Graphik dazu. Wobei „Elektron“ durch „Positron“ ersetzt werden kann, nur daß im unteren Bild dann statt W- ein W+ und statt des Neutrinos ein Antineutrino steht.
Aber sehr viel kompliziertere Prozesse gibt es dabei. Hier sind einige davon als Feynman-Graphen gelistet (bessere Bilder fand ich leider grad nicht). Sie sind jeweils von links nach rechts zu lesen, jeweils unten 1 Quark des Protons und oben Elektron oder Positron.
Experimente mit Elektron-Proton und Positron-Proton-Kollisionen werden an der HERA bei DESY in Hamburg gemacht.
Gruß
Metapher
Hallo Zusammen
Also zuest einmal danke an alle. Ich denke ich habe jetzt zumindest eine Ahnung von dem was ich eigentlich wissen wollte (gemäss meiner vermutlich etwas naiv gestellten Frage 
…). Jedenfalls hat sich bestätigt; dass ich vermutlich noch weniger „wirklich weiss“, als ich bisher vermutet habe in diesem Themenkreis
Danke und Gruss
Christian
Hallo zusammen.
Ein gedachter Behälter aus reinen Protonen ist elektrisch
leitfähig wie Metall oder besser und unterliegt somit der
Elektrostatik, welche u.a. besagt, das es im inneren eines
metallischen Körpers an der Wandung keine Ladung gibt.
So weit ich weiß setzt elektrische Leitfähigkeit die Existenz von frei beweglichen Elektronen voraus. Was soll sich denn im Behälter aus Protonen bewegen?
Davon abgesehen zeigt die Untersuchung von Atomkernen, dass nicht einmal zwei Protonen zusammenbleiben, wenn man sie nicht mit ein paar Neutronen kittet. Und selbst mit hinreichend vielen Neutronen kommt nichts größeres als ein Urankern heraus. Der scheint mir immer noch zu klein, um als Behälter für irgendwas zu fungieren…
Davon abgesehen besteht ein Behälter aus „reinen Protonen“ (Gibt es auch unreine Protonen?) ausschließlich und dicht gepackt aus geladenen Teilchen. Folglich trägt er überall Ladungen, an der Wandung und im Inneren.
Liebe Grüße,
TN
Hallo Christian.
Mir geht es rein um diesen Aspekt, denn das interessiert mich;
aber isoliert ohne weitere Einflüsse wie Ladungen,
Grafitation, starke/schwache Kernkraft usw. betrachtet…,
oder funktioniert das so gar nicht bei so dieser Frage?
So ist es. Ohne den Einfluss irgendeiner Wechselwirkung (Kraft) passiert nämlich gar nichts. Und was in der Natur wirklich passiert, das hängt davon ab, welche Wechselwirkung den Prozess dominiert. Darum sprechen die Leute dann von einem starken oder einem schwachen Zerfall (entsprechend den Kernkräften) und erklären, über welche Austauschteilchen (W, Z, …) die Wechselwirkung vermittelt wird.
Im Detail ist das alles im sogenannten Standardmodell der Elementarteilchenphysik geregelt. Ein interessantes und nicht so kompliziertes Büchlein ist
http://www.amazon.de/Fischer-Kompakt-Elementarteilch…
von Henning Genz (Elementarteilchen, Fischerverlag).
Liebe Grüße,
TN
