Bindungsenergie größer als Ruheenenergie, möglich?

Wissenschaft Physik
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Guten Tag,

am LHC werden Protonen mit einem TeV (in Zukunft noch mehr) frontal aufeinander geschossen. Ein TeV ist die tausendfache Energie des Protons im Ruhesystem. Auf die Quarks müsste doch eine Energie weit höher als die Ruheenergie des gesamten Protons übertragen werden. Für mich ist dies absurd. Die Quarks können bei solchen Energie gar nicht gebunden sein. Selbst wenn sie sich irgendwie umwandeln müsste die Drittelladung ja erhalten bleiben. Geladenene Teilchen solcher Energie wäre aber spielend leicht nachweisbar. Drittelladungen wurden aber nicht entdeckt. Für micht ist das eindeutig ein Widerspruch und die Theorie ist offenbar falsch, oder?

Wer kann es mir erklären?

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Hallo Photo,

im Prinzip stimmt das, aber kleine Teilchen sind merkwürdiger, als wir es uns vorstellen können. Man kann auch sagen, dass die Physiker hier getrickst haben, als sie die passende Theorie gebastelt haben, um dir keine Chance zu geben.

Also, die erklären das so: Es kann laurt Theorie keine freien Quarks geben. Das sind feige Hunde, die sich immer nur zu zweit oder dritt auf die Straße trauen. Wenn da ein Proton kommt und mit einem Affenzahn auf ein anderes Proton draufdonnert, dann hält aber nix zusammen. Das Dumme dabei: die Quarks im Proton sind nur locker gebunden, wenn man aber versucht, sie zu trennen, dann wird es schwierig. Du kannst die Quarks in einem Proton mit den Eiern in Deinem Sack vergleichen (wenn Du ein Mann bist, sonst such Dir einen): Du kannst die Hoden im Hodensack leicht verschieben, aber versuch mal, einen rauszuziehen! Das wird heftig. Wenn Du die Quarks trennen willst, musst Du extrem viel Energie reinstecken. Und wenn Du es endlich geschafft hast, dann nehmen die blöden Quarks die Energie, die Du reingesteckt hast und basteln sich daraus neue Quarks. Damit sie nicht so alleine sind. Und das machen die so schnell, so schnell kannst Du gar nicht gucken. Und schwupps, das gestoßene Proton ist zerfallen und alles, was vom Treffpunkt wegfliegt, sind Mesonen (Quark-Pärchen) und Baryonen (flotte Dreier). Alles klar?

Grüße, Thomas

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Ehrlich, ich finde nicht, dass sich diese die Theoretiker besonders clever ausgedacht haben, im Gegenteil. Die Drittelladungen der Quarks sind eine Schnapsidee, die nur mit unglaublichen Verreckungen mit der Realität notdürftig in Einklang gebracht werden kann. Es ist sofort offensichtlich, dass es keine freien Quarks geben kann, denn Drittelladungen wurden noch nie beobachtet. Aber das ist längst nicht alles. Es darf auch keinerlei Kombinationen der Quarks geben, die nicht rein zufällig eine ganze Ladungen haben. Die Kombination von zwei Quarks (Mesonen), die diese Bedingung erfüllen, sind rein zufällig alle Kombinationen von einem Quark (normale Materie) mit einem Anti-Quark. Bei drei Quarks sind es ebenso genau die Kombinationen von drei Materie-Quarks oder drei Antimaterie-Quarks. Alle anderen Mischungen treten offenbar nicht auf. Aber warum? Die Farbladung, die kann wie die Drittelladung nicht wirklich nachgewiesen werden, soll dies bewirken. Aber das ist eigentlich keine Erklärung. Denn warum erlaubt die Farbladung nur ganze elektrische Ladungen?

Ok, nehmen wir es erst einmal so hin. Warum können die Quarks denn nun nicht getrennt werden? Eine Ausrede könnte ich mir sogar denken. Die Quarks sitzen auf so engen Raum zusammen, dass sie wie eine Punktladung erscheinen. Aber dagegen spricht die asymtotische Freiheit. Die Quarks sollen sich ja im Wasserstoffkern ziemlich frei bewegen und den Kern ziemlich ausfüllen. Wenn jetzt aber drei Quarks in einem Proton auf drei Quarks in einem anderen Proton donnern, dann müssen auch Kräfte entstehen, die die Quarks auseinander reißen. Schließlich gilt die Ladungserhaltung. Damit kriegen die Bruchstücke ihre Drittelladung nicht mehr los. Die Teilchen könnten zwar Teilchenpaare bilden oder irgendwie zerfallen. Aber das hilft nichts. Die Drittelladung werden sie so nicht wieder los!

Ich behaupte: Wenn ein Vielfaches bis zum Tausendfachen der Ruheenergie des Protons übertragen wird, dann können die Quarks niemals zusammengehalten werden. Es müssen zwangsläufig Dritteladungen auftreten, die auch nachzuweisen wären. Da dies offenkundig nicht der Fall ist, ist die Theorie schlicht absurd.

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Hallo,

Ehrlich, ich finde nicht, dass sich diese die Theoretiker
besonders clever ausgedacht haben, im Gegenteil. Die
Drittelladungen der Quarks sind eine Schnapsidee, die nur mit
unglaublichen Verreckungen mit der Realität notdürftig in
Einklang gebracht werden kann.

Das ist mit einer Menge an Theorien so, aber das heisst noch lange nicht, dass es so ist.
Oder anders ausgedrückt: solange es keine einfachere Theorie gibt, die die Dinge quantitativ beschreibt, geht man mit dem, was man an Theorie hat.

Grüße,
Moritz

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Es gibt doch eine verhältnismäßig einfache Theorie, die die Dinge, jedenfalls die Materie, die uns im Alltag umgibt, hinreichend erklärt. Dannach besteht die Materie aus positiv geladenen Atomkernen und negativ geladenen Elektronen (Ladung -e). Die Atomkerne bestehen maximal etwa 100 Protonen (Ladung +e) und maximal knapp 200 Neutronen (Ladung 0). Der einfachste Atomkern ist das Wasserstoffatom, der nur aus einem Proton besteht. Dieses ist wie das Elektron nicht weiter teilbar. Zusätzlich gibt es noch Antimaterie, mit entgegesetzter Ladung und sonst identischen Eigenschaften. Teilchenpaare aus Materie und Antimaterie kann aus Strahlung (Paarbildung) entstehen und Teilchenpaare können beim umgekehrten Prozess auch zerstrahlen. Für das Verständnis des Betazerfalls braucht es noch des Neutrinos. Damit können wir die Welt hinreichend erklären. Die Quarks erklären dagegen überhaupt nichts.

In dieser einfachen Theorie gibt es keine Notwenigkeit für weiterer Objekte (außer Muonen und Pionen vielleicht) und seltsame Postulate wie dem Confinement und Farbladungen. Die Theoretiker haben dagegen einen Zoo von bunten Elementarteilchen erfunden mit dem sie im Prinzip nichts, nicht einmal die Eigenschaften der Atomkerne, erklären können.

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Moin,

In dieser einfachen Theorie gibt es keine Notwenigkeit für
weiterer Objekte

dem ist leider nicht so.
Die Physiker sind (meist :wink: nun mal keine masochistischen abgedrehte Spinner, denen keine Theorie zu kompliziert ist.

Es gibt nun mal eine ganze Reihe Befunde, die dereinst Murray Gell-Mann dazu brachte, die Quarks einzuführen. Das führte übrigens zu einer deutlichen Vereinfachung des schon damals umgangreichen Teilchenzoos.

Gandalf

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Hallo!

In dieser einfachen Theorie gibt es keine Notwenigkeit für
weiterer Objekte (außer Muonen und Pionen vielleicht)

Und Kaonen und Xi-Teilchen und Ypsilon und J/Ψ … und … und … und. Innerhalb kürzestester Zeit wurden in den 50er und 60er Jahren so viele neue Teilchen in der Höhenstrahlung entdeckt, dass bald das lateinische und das griechische Alphabet nicht mehr ausreichten, um sie alle zu benennen! Und vor dem Standard-Modell gab es leider keinerlei Idee, wie man Ordnung in diesen Zoo bringen konnte. Und dann - plötzlich - konnte man die Eigenschaften aller dieser Teilchen dadurch erklären, dass sie aus 6 verschiedenen Quarks aufgebaut sind.

Man fand brauchbare Modelle um die bis dahin unverstandenen Wechselwirkungen zu erklären.

Das Neutrino, das Du z. B. erwähnst hat in dem ursprünglichen Teilchenmodell keinen vernünftigen Platz. Es ist nur dazu da, den Drehimpulserhaltungssatz beim Beta-Zerfall zu retten. Das änderte sich mit dem Standard-Modell.

seltsame Postulate wie dem Confinement und Farbladungen. Die
Theoretiker haben dagegen einen Zoo von bunten
Elementarteilchen erfunden mit dem sie im Prinzip nichts,
nicht einmal die Eigenschaften der Atomkerne, erklären können.

Das ist so nicht richtig. Zwar kann man die Eigenschaften von Atomkernen nicht berechnen. Das Problem entsteht jedoch weniger dadurch, dass die Wechselwirkungen im Atomkern nicht verstanden sind, sondern dadurch dass es keine vernünftigen und vor allem rechentechnisch beherrschbaren Modelle des Atomkerns gibt. Das ist ein bisschen so wie das Dreikörperproblem in der klassischen Mechanik: Die Wechselwirkung selbst hat man im Griff (Newtons Gravitationsgesetz), aber das chaotische Verhalten von drei Körpern ist so komplex, dass das kein Mensch mehr berechnen kann.

Michael

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Hallo!

In dieser einfachen Theorie gibt es keine Notwenigkeit für
weiterer Objekte (außer Muonen und Pionen vielleicht)

Und Kaonen und Xi-Teilchen und Ypsilon und J/Ψ … und … und
… und. Innerhalb kürzestester Zeit wurden in den 50er und

Diese Teilchen leben aber alle nur winzige Bruchteile einer Sekunde und entstehen nur bei extrem hohen Energien. In Wahrheit können aber auch die Eigenschaften all dieser Teilchen, ihre Masse und ihr Zerfall mit den Quarks nicht wirklich erklärt werden.

60er Jahren so viele neue Teilchen in der Höhenstrahlung
entdeckt, dass bald das lateinische und das griechische
Alphabet nicht mehr ausreichten, um sie alle zu benennen! Und
vor dem Standard-Modell gab es leider keinerlei Idee, wie man
Ordnung in diesen Zoo bringen konnte. Und dann - plötzlich -
konnte man die Eigenschaften aller dieser Teilchen dadurch
erklären, dass sie aus 6 verschiedenen Quarks aufgebaut sind.

Da hätte man die Teilchen auch einfach irgendwie durchnummerieren können, zum Beispiel nach ihrer Masse oder Lebensdauer. Dafür hätte es aber wohl keinen Nobelpreis gegeben.

Man fand brauchbare Modelle um die bis dahin unverstandenen
Wechselwirkungen zu erklären.

Das Neutrino, das Du z. B. erwähnst hat in dem ursprünglichen
Teilchenmodell keinen vernünftigen Platz. Es ist nur dazu da,
den Drehimpulserhaltungssatz beim Beta-Zerfall zu retten. Das
änderte sich mit dem Standard-Modell.

Nicht nur Drehimpuls sondern auch Impuls und Energie sind ohne das Neutrino nicht erhalten. Die Schlussfolgerung, dass ein schwach wechselwirkendes Teilchen entkommen sein muss, ist durchaus naheliegend. Wie aus den Quarks auf die Existenz des Neutrinos geschlossen werden kann, ist mir dagegen schleierhaft. Umgekehrt sind ganz offensichtlich viele Teilchen, insbesondere die Leptonen, auch mit den Quarks auch nicht zu erklären.

seltsame Postulate wie dem Confinement und Farbladungen. Die
Theoretiker haben dagegen einen Zoo von bunten
Elementarteilchen erfunden mit dem sie im Prinzip nichts,
nicht einmal die Eigenschaften der Atomkerne, erklären können.

Das ist so nicht richtig. Bla, Bla, Bla, …

Doch das ist vollkommen richtig. Diese Eigenschaften sind mit den Quarks nicht einmal grob qualitativ erklärbar, wie etwa im Tröpfchenmodell, nicht einmal mit Modellrechnungen in Supercomputern. Über die Masse/Energie der Teilchen sagt die Theorie rein gar nichts aus (siehe zum Beispiel Higgs).

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Hallo!

Diese Teilchen leben aber alle nur winzige Bruchteile einer
Sekunde und entstehen nur bei extrem hohen Energien. In
Wahrheit können aber auch die Eigenschaften all dieser
Teilchen, ihre Masse und ihr Zerfall mit den Quarks nicht
wirklich erklärt werden.

Mit Quarks geht es vielleicht nicht vollständig, aber ohne Quarks geht es gar nicht!

Da hätte man die Teilchen auch einfach irgendwie
durchnummerieren können, zum Beispiel nach ihrer Masse oder
Lebensdauer. Dafür hätte es aber wohl keinen Nobelpreis
gegeben.

Mich erinnert die Situation ein bisschen an den Anfang des 20. Jahrhunderts, als man die Elektronen schon kannte, und begann die Hülle der Atome zu verstehen. Natürlich war das Bohrsche Atommodell in vielerlei Hinsicht falsch. Aber es war der erste Schritt in eine richtige Richtung.

Vielleicht ist das Standardmodell mit dem Bohrschen Atommodell vergleichbar. Das wird sich aber erst im Rückblick entscheiden lassen.

Nicht nur Drehimpuls sondern auch Impuls und Energie sind ohne
das Neutrino nicht erhalten.

Als Pauli die Existenz des Neutrinos postulierte, gab es bestimmt noch nicht die experimentellen Möglichkeiten, den Impuls und die Energie eines Neutrinos zu bestimmen. Ich halte das auch heute noch für schwierig. Dass aber beim Zerfall eines Neutrons in ein Proton und ein Elektron der Drehimpulserhaltungssatz verletzt ist, das ergab schon eine rein theoretische Betrachtung.

Wie aus den Quarks auf die Existenz des
Neutrinos geschlossen werden kann, ist mir dagegen
schleierhaft.

Das habe ich auch nicht behauptet. Ich sprach vom Standardmodell, das sowohl die Leptonen als auch die Baryonen umfasst. Ich kann nicht sehen, wie man aus diesem Modell einzelne Teilchen herausstreichen kann, ohne das Gesamtgebäude zu zerstören.

Das ist so nicht richtig. Bla, Bla, Bla, …

Doch das ist vollkommen richtig. Diese Eigenschaften sind mit
den Quarks nicht einmal grob qualitativ erklärbar, wie etwa im
Tröpfchenmodell, nicht einmal mit Modellrechnungen in
Supercomputern. Über die Masse/Energie der Teilchen sagt die
Theorie rein gar nichts aus (siehe zum Beispiel Higgs).

Ich habe nicht behauptet, dass das Standardmodell irgend etwas über den Aufbau von Atomkernen aussagt, sondern ich habe gesagt, dass man mithilfe des Standardmodells die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Elementarteilchen erklären kann.

Zu Deinem Einwand: Über die Masse der Teilchen sage die Theorie rein gar nicht aus. Kennst Du eine alternative Theorie, die darüber eine Aussage machen kann? Her damit!

Du wirfst dem Standardmodell vor, bestimmte Dinge nicht erklären zu können, die auch keine andere Theorie erklären kann. Ich finde das nicht ganz fair. :wink:

Michael