Größenbeschränkung für Elementarteilchen

Guten Abend liebe Physiker,

es ist ja so, dass es bei den Elementarteilchen sehr starke Größenunterschiede gibt.

Auf der einen Seite die Baryionen (bzw. Quarks) mit Größenoerdnungen im Atomkernbereich, auf der anderen die Leptonen, etwa 10.000 mal so groß.

Dabei meine ich natürlich die Wellenfunktion, nicht die Teilchen selbst - Quarks und Leptonen werden ja als punktförmig angenommen.

Meine Frage daher: Kann es auch Elementarteilchen geben, die sagen wir mal mm oder km groß sind? Spricht in der Theorie irgendwas dagegen?


Wer Lust hat, kann ja meinen Spekulationen beiwohnen, die mich auf diese Frage kommen ließen.

Baryionen unterliegen 3 Fundamentalkräften, Starke Kernkraft, Elektroschwache WW und Gravitation. Sie sind Fermionen und bedingen dadurch die Stabilität von Neutronensternen.

Leptonen unterliegen 2 Fundamentalkräften, Elektroschwache WW und Gravitation. Sie sind Fermionen und bedingen dadurch die Stabilität von Weißen Zwergen.

??? unterliegen 1 Fundamentalkraft, Gravitation. Sie sind Fermionen und bedingen dadurch die Stabilität von Galaxien.

Diese Idee kam mir nach langem Nachdenken über die Dunkle Materie relativ spontan.
Denn sowohl für heiße als auch für kalte DM ergeben sich Probleme. Sie hat sich ja relativ schnell zusammengeballt und daher die Bildung von Galaxien mir sichtbarar Meterie erst möglich gemacht - meidet aber anscheinend wie der Teufel das Weihwasser eine dichte Zusammenballung im Galaxienzentrum oder Zentralbereich von Sonnensystemen.

Ähnlich wie in Neutronensternen oder weißen Zwergen verbietet etwas eine zu starke Konzentration - vielleicht das Pauli-Prinzip.

Außerdem käme dieses Konstrukt meiner Dreifaltigkeits-Regel entgegen.
Baryonen: 3 Ladungen, 3 Wechselwirkungen
Leptonen: 2 Ladungen, 2 Wechselwirkungen
???:
Und die 3 Generationen von Teilchen, die 3 Dimensionen und die 3 Musketiere.

Könnte man solche Teilchen überhaupt nachweisen oder ausschließen?
Und hat noch niemand zuvor diese Idee gehabt? Kann ich mir eigentlich nicht vorstellen, hab’ aber auch noch nichts davon gehört.

Gruß, Zoelomat

Meine Frage daher: Kann es auch Elementarteilchen geben, die
sagen wir mal mm oder km groß sind?

Ja. Solche Teilchen (WIMPs) gelten unter anderem als Kandidaten für die dunkle Materie. Ein direkter Nachweis dürfte allerdings schwierig sein.

??? unterliegen 1 Fundamentalkraft, Gravitation.

Mindestens. Es kann auch sein, dass sie zusätzlich anderen, bisher unbekannten Wechselwirkungen unterliegen.

Ähnlich wie in Neutronensternen oder weißen Zwergen verbietet
etwas eine zu starke Konzentration - vielleicht das
Pauli-Prinzip.

Das erledigt die Energieerhaltung. Um zu verklumpen, müsste die dunkle Materie ihre potentiele Energie abgeben. Die sichtbare Materie schafft das, indem sie sich beim Kollaps aufheizt und die dabei frei werdende Wärme abstrahlt. Diese Möglichkeit hat die dunkle Materie nicht. Also bleibt ihr nichts anderes übrig, als in dem Gleichgewicht zwischen potentieller und kinetischer Energie zu verharren, das hauptsächlich vom Virialsatz diktiert wird. Ob sie baryonisch ist, oder nicht, spielt dabei keine Rolle.

Meine Frage daher: Kann es auch Elementarteilchen geben, die
sagen wir mal mm oder km groß sind? Spricht in der Theorie
irgendwas dagegen?

Hallo Zoelomat,

ich würde sagen, das ist Definitionssache - mit der Masse wächst ja die Gravitation über alle Grenzen und ein Neutronenstern ist nicht das Ende der Fahnenstange, es gibt da noch schwarze Löcher und möglicherweise dazwischen noch Materie, die weiter entartet ist als im Neutronenstern, d.h. dort existieren auch keine getrennten Neutronen mehr bzw. keine Elementarteilchen im herkömmlichen Sinn. Ob das nun eine Quarksuppe ist oder was sonst, man könnte jedenfalls sagen, der ganze Stern ist ein einziges Elementarteilchen.

Vielleicht ist es aber besser, sich damit abzufinden, dass unter solchen Bedingungen (wie auch dicht am Urknall) unsere Begriffe einfach nicht mehr sinnvoll sind.

Gruss Reinhard

was meinst du?

Guten Abend liebe Physiker,

Hallo,
mein Text klingt vielleicht böse, ist aber sicher nicht so gemeint, ich möchte nur versuchn deine Gedanken zu ordnen, da da anscheinend einiges durcheinander geraten ist. nicht böse auffassen, ich finds gut wenn sich jmd solche Gedanken macht und will dir helfen.

Auf der einen Seite die Baryionen (bzw. Quarks) mit
Größenoerdnungen im Atomkernbereich,

Baryonen sind keine Quarks. Baryonen zählen nichteinmal zu den Elementarteilchen. Sie sind aus 3 Quarks zusammengesetzt und sind nicht in der Größenordnung von Atomkernen, sondern aus ihnen *bestehen* Atomkerne. Neutron und Proton gehören nämlich dazu.
Also ist ein Wasserstoffatomkern exakt so groß wie ein Baryon.

auf der anderen die
Leptonen, etwa 10.000 mal so groß.

nein. Leptonen sind zwar Elementarteilchen, aber sie sind kleiner.

Dabei meine ich natürlich die Wellenfunktion, nicht die
Teilchen selbst

Wie willst du mit ihrer Wellenfunktion die Größe angeben? Die Wellenfunktion ersetzt vieles, aber die Größe gehört nicht dazu.

Quarks und Leptonen werden ja als
punktförmig angenommen.

naja zumindest als kleiner, als man bisher messen kann. Aber Baryonen wie gesagt nicht. die sind ca. 10 ^-15 m

Meine Frage daher: Kann es auch Elementarteilchen geben, die
sagen wir mal mm oder km groß sind? Spricht in der Theorie
irgendwas dagegen?

theoretisch ist sehr viel möglich. Aber es ist bisher kein solches elementarteilchen bekannt. Später kommst du auch auf die verschiedenen Kräfte zu sprechen und ich kann mir nicht vorstellen welche Kraft dieses Teilchen zusammenhalten würde.
Wie genau stellst du dir dieses Teilchen vor?
Wenn es solche Elementarteilchen (kennst du die Bedeutung von diesem Wort?) gäbe, können sie schonmal nicht natürlich vorkommen oder natürlich entstehen, sonst hätte sie shcon jemand beobachtet.

Baryionen unterliegen 3 Fundamentalkräften, Starke Kernkraft,
Elektroschwache WW und Gravitation. Sie sind Fermionen

stimmt fast. Aber du mischst 2 Kräfte:
schwache Wechselwirkung: wird durch W+ W- und Z0 Bosonen übertragen
Elektromagnetische W.W.: Wird durch Photonen übertragen, also bekannt durch e.m.-Felder

bedingen dadurch die Stabilität von Neutronensternen.

nein. Ein Teilchen kann nicht der Grund sein für die stabilität eines Systems. Es liegt daran, dass es Fermionen sind und Fermionen aufgrund des Pauli-Prinzips nicht denselben Zustand besetzen dürfen. So müssen die Neutronen (gehören zu den Baryonen) in immer energiereichere Zustände und dadurch entsteht ein „Druck“ der dem Zusammenfallen durch die Gravitation entgegenwirkt wodurch sie stabil sind.

Leptonen unterliegen 2 Fundamentalkräften, Elektroschwache WW
und Gravitation. Sie sind Fermionen und bedingen dadurch die
Stabilität von Weißen Zwergen.

naja, ähnlich wie oben. Sie unterliegen 3 Fundamentalkräften, aber wie du sagst unterliegen sie nicht der starken W.W.

Auch diese sind nicht dafür verantwortlich, dass weiße Zwerge stabil sind, sondern weiße Zwerge bestehen aus elektronen, die gehören zu den Leptonen und für weiße Zwerge gilt dasselbe wie für Neutronensterne bzgl. stabilität.

??? unterliegen 1 Fundamentalkraft, Gravitation. Sie sind
Fermionen und bedingen dadurch die Stabilität von Galaxien.

nein… langsam:
Es gibt eventuell ein Teilchen, das nur der Gravitation unterliegt. Das könnte z.B. das Higgs-Teilchen sein nach dem gesucht wird.
Was soll die stabilität von Galaxien überhaupt sein? eine Galaxie besteht aus einzelnen Sternen/Planeten, schwarzen Löchern usw. die umeinander kreisen sich bewegen, aus der Galaxie flüchten… also stabil sind die sowieso nicht.
Abgesehen davon bestehen die Neutronensternen aus Baryonen
die weißen Zwerge aus Leptonen
und Galaxien aus allem möglichen, wenn man es aufspaltet wieder aus Leptonen und Baryonen und Mesonen, Bosonen… aber nicht nur aus einem Teilchen das zu deiner „neuen“ Teilchenfamilie gehört.

Außerdem käme dieses Konstrukt meiner Dreifaltigkeits-Regel
entgegen.
Baryonen: 3 Ladungen, 3 Wechselwirkungen
Leptonen: 2 Ladungen, 2 Wechselwirkungen

also so eine magische-dreifaltigkeitsregel gibt es *innerhalb* der Leptonen, es gibt nämlich u.a. genau 3 Leptonenfamilien usw.

Aber bei den Baryonen gibt es 3 elektrische Ladungen, 3 schwache W.W. Ladungen und 8 bzw. 0 Farbladungen und wie gesagt 4 Grundkräfte die daran angreifen.

Bei den Leptonen gibt es dieselben Ladungen, allerdings ohne Farbe. Aber woher du das mit den 3 Ladungen bzw. 2 Ladungen hast weiß ich nicht.

Und die 3 Generationen von Teilchen

???

die 3 Dimensionen

naja es gibt 3 Raumrichtungen in unserer Definition, Dimensionen gibt es meistens 4 mit der Zeit und laut String-Theorie noch etliche mehr :smile:

und die 3 Musketiere.

naja, dagegen kann ich nix sagen…

Könnte man solche Teilchen überhaupt nachweisen oder
ausschließen?

ausschließen ist sehr schwer. nachweisen geht, allerdings müsste man ersteinmal ein solches teilchen erzeugen bzw. finden. Der Nachweis geschieht meistens über Wechselwirkungen mit der Umgebung, in diesem Fall wäre das nur möglcih über die Gravitation und ich vermute das teilchen wäre extrem unstabil, da es keine W.W. mit den Kernkräften (schwache+starke) hätte. Aber das ist alles nur geraten, das kann keiner wissen.

Und hat noch niemand zuvor diese Idee gehabt? Kann ich mir
eigentlich nicht vorstellen, hab’ aber auch noch nichts davon
gehört.

naja, also die Idee mit dem Teilchen das für die Eigenschaft der Gravitation verantwortlcih ist hatten schon mehrere, deswegen sucht man am CERN nach dem Higgs-Teilchen. Aber in *dieser Form* hatte noch keiner diese Idee, da da einfach noch einige ungereimtheiten drin sind. Ich hoffe du siehst das ganze jetzt etwas klarer.
lg
Simon

Hi, zunächst bin ich davon ausgegengen, dass sowohl den Antwortenden als auch mir die grundlegenden Dinge bekannt sind.

mein Text klingt vielleicht böse, ist aber sicher nicht so
gemeint, ich möchte nur versuchn deine Gedanken zu ordnen, da
da anscheinend einiges durcheinander geraten ist. nicht böse
auffassen, ich finds gut wenn sich jmd solche Gedanken macht
und will dir helfen.

Wer austeilt (tu ich gern mal), muss auch einstecken können, aber hier ist deine Sorge unbegründet.

Auf der einen Seite die Baryionen (bzw. Quarks) mit
Größenoerdnungen im Atomkernbereich,

Baryonen sind keine Quarks. Baryonen zählen nichteinmal zu den
Elementarteilchen. Sie sind aus 3 Quarks zusammengesetzt und
sind nicht in der Größenordnung von Atomkernen, sondern aus
ihnen *bestehen* Atomkerne. Neutron und Proton gehören nämlich
dazu.
Also ist ein Wasserstoffatomkern exakt so groß wie ein Baryon.

Mir ging es nur darum, dass sich dies in einer sehr kleinen Größenordung abspielt. Die genannten Tatsachen sind mir bekannt. Die Teilchen selbst, also Quarks werden punktförmig angenommen, aber wie groß ist die Wellenfunktion im Vergleich zu Porton/Neutron? wil ich im Moment gar nicht wissen, aber allemal viiieeel kleiner als die einess Elektrons

auf der anderen die
Leptonen, etwa 10.000 mal so groß.

nein. Leptonen sind zwar Elementarteilchen, aber sie sind
kleiner.

Die Elektronen sind wesentlich größer, da brauchst du nichts zu ordnen. Die Elektronenhülle eines Atoms ist um Größenordungen großer als der Kerns.

Dabei meine ich natürlich die Wellenfunktion, nicht die
Teilchen selbst

Wie willst du mit ihrer Wellenfunktion die Größe angeben? Die
Wellenfunktion ersetzt vieles, aber die Größe gehört nicht
dazu.

Das Pauli-Prinzip, auf dem die gesamte Chemie beruht, verhindert, dass Atome beliebig nah zusammenrücken. Ohne dieses würde die Erde zu einem Neutronenstern.

Lt. einer gängigen Interpretation gibt die Wellenfunktion die Aufenthaltswahrscheinlichkeit an, wo ein punktförmiges Teilchen zu finden ist. Und das ist wahrlich nicht ohne ralen Bezug.

Quarks und Leptonen werden ja als
punktförmig angenommen.

naja zumindest als kleiner, als man bisher messen kann. Aber
Baryonen wie gesagt nicht. die sind ca. 10 ^-15 m

Als Punktförmig meinte ich nur Quarks und Leptonen. Auf die Problematik, dass (und v.A. warum) Hadronen immer weiß sind etc. will ich gar nicht weiter eingehen.

Meine Frage daher: Kann es auch Elementarteilchen geben, die
sagen wir mal mm oder km groß sind? Spricht in der Theorie
irgendwas dagegen?

theoretisch ist sehr viel möglich. Aber es ist bisher kein
solches elementarteilchen bekannt. Später kommst du auch auf
die verschiedenen Kräfte zu sprechen und ich kann mir nicht
vorstellen welche Kraft dieses Teilchen zusammenhalten würde.
Wie genau stellst du dir dieses Teilchen vor?
Wenn es solche Elementarteilchen (kennst du die Bedeutung von
diesem Wort?) gäbe, können sie schonmal nicht natürlich
vorkommen oder natürlich entstehen, sonst hätte sie shcon
jemand beobachtet.

? Gravitonent man auch nicht nachgeweisen

Es geht mir um eine Lücke in der Symmetrie:

Starke Kraft: Fermion vorhanden (Baryonen, Quarks) - Bosonische Austauschteilchen (Meson - mit QCD kenne ich mich nicht aus

Elektroschwache Kraft: Fermionen vorhanden - Bosonische Austauschteilchen (Photon, W- bzw. Z-Boson)

Gravitation: KEIN Fermion postuliert - Bosonische Austauschteilchen vermutet (Graviton)

schwache Wechselwirkung: wird durch W+ W- und Z0 Bosonen
übertragen
Elektromagnetische W.W.: Wird durch Photonen übertragen, also
bekannt durch e.m.-Felder

Gerade diesen beide Kräfte wurden aber inzwischen (1950er?) erfolgreich vereinigt, während alle anderen Vereinigungen Spekulation sind. Weiß sogar ich.

bedingen dadurch die Stabilität von Neutronensternen.

nein. Ein Teilchen kann nicht der Grund sein für die
stabilität eines Systems. Es liegt daran, dass es Fermionen
sind und Fermionen aufgrund des Pauli-Prinzips nicht denselben
Zustand besetzen dürfen. So müssen die Neutronen (gehören zu
den Baryonen) in immer energiereichere Zustände und dadurch
entsteht ein „Druck“ der dem Zusammenfallen durch die
Gravitation entgegenwirkt wodurch sie stabil sind.

Ich schrieb „Sie sind Fermionen und bedingen dadurch die Stabilität von Neutronensternen.“ und habe nur 1,5 Zeilen gebraucht. DADURCH meint doch durch den Fermionencharakter, also das Pauli-Prinzip.

nein… langsam:
Es gibt eventuell ein Teilchen, das nur der Gravitation
unterliegt. Das könnte z.B. das Higgs-Teilchen sein nach dem
gesucht wird.

Higgs soll ja ein Boson sein.

Aber vielleicht ist das von mir erdachte Fermion der Raum selbst. Das ist mir momentan zu hoch.

Was soll die stabilität von Galaxien überhaupt sein?

Das hatte ich beschrieben, wenn auch vielleicht nicht verständlich. Die Dunkle Materie scheint eine kleinräumige Zusammenballung zu vermeiden, da ist der erwähnte Virialsatz schon recht überzeugend.

also so eine magische-dreifaltigkeitsregel gibt es *innerhalb*
der Leptonen, es gibt nämlich u.a. genau 3 Leptonenfamilien
usw.

Quarks z.B.

Aber bei den Baryonen gibt es 3 elektrische Ladungen,

nicht Betrag, sondern Richtung: positiv und negativ, war gemeint

während es 3 Farb"ladungen gibt - find ich schon äußert befremdlich/denkwürdig

wie gesagt 4 Grundkräfte die daran angreifen.

Oder eben 3

Bei den Leptonen gibt es dieselben Ladungen, allerdings ohne
Farbe. Aber woher du das mit den 3 Ladungen bzw. 2 Ladungen
hast weiß ich nicht.

Drei Farbladungen (rot, grün, blau - ist halt anschaulich)
Zwei elektrische Ladungen (plus, minus)
Eine gravitative Ladung (Anziehung)

Und die 3 Generationen von Teilchen

???

Oder „Leptonenfamilien“, wie du sie wahrscheinlich richtiger nennst - meinte jedenfalls Elektron, Myon, Tauon etc.

die 3 Dimensionen

naja es gibt 3 Raumrichtungen in unserer Definition,
Dimensionen gibt es meistens 4 mit der Zeit und laut
String-Theorie noch etliche mehr :smile:

Jau, weiß ich, aber WIR sehen 3 Dimensionen, 3 Grundkäfte mit 1-2-3 Ladungen, 3 Teilchenfamilien

und die 3 Musketiere.

naja, dagegen kann ich nix sagen…

Schien mir besser als die katholische Variante :wink:

Ich hoffe du siehst das ganze jetzt etwas klarer.

Da kann ich nur dito sagen, ich versuch mich immer kurz zu halten, und übertreib’s bisweilen.

Gruß, Zeolomat

Hi, zunächst bin ich davon ausgegengen, dass sowohl den
Antwortenden als auch mir die grundlegenden Dinge bekannt
sind.

naja, es scheint so, dass sie dir nicht bekannt sind.

Die Teilchen selbst, also Quarks werden punktförmig
angenommen, aber wie groß ist die Wellenfunktion im Vergleich
zu Porton/Neutron? wil ich im Moment gar nicht wissen, aber
allemal viiieeel kleiner als die einess Elektrons

nein

Die Elektronen sind wesentlich größer, da brauchst du nichts
zu ordnen. Die Elektronenhülle eines Atoms ist um
Größenordungen großer als der Kerns.

nach dieser Theorie ist die Erde größer als die Sonne. Die Elektronen sind um einige Größenordnungen kleiner als die Kerne. Allerdings sind sie um den kern herum „verschmiert“ in großen abständen.

Lt. einer gängigen Interpretation gibt die Wellenfunktion die
Aufenthaltswahrscheinlichkeit an, wo ein punktförmiges
Teilchen zu finden ist. Und das ist wahrlich nicht ohne ralen
Bezug.

Genau, wenn du das als „größe“ definierst, dann ist die Wellenfunktion vom elektron größer als die des Kerns.

Das Pauli-Prinzip, auf dem die gesamte Chemie beruht,
verhindert, dass Atome beliebig nah zusammenrücken. Ohne
dieses würde die Erde zu einem Neutronenstern.

nein. Die Erde besteht nicht aus Fermionen, daher gilt das Pauli Prinzip nicht für die Erde. Wie nah Atome zusammenrücken können hat etwas mit abstoßenden Kräften zwischen 2 Atomen zu tun, meistens überwiegen dabei die Coulombkräfte.

Starke Kraft: Fermion vorhanden (Baryonen, Quarks) -
Bosonische Austauschteilchen (Meson - mit QCD kenne ich mich
nicht aus

Elektroschwache Kraft: Fermionen vorhanden - Bosonische
Austauschteilchen (Photon, W- bzw. Z-Boson)

Gravitation: KEIN Fermion postuliert - Bosonische
Austauschteilchen vermutet (Graviton)

aber so kannst du das nciht sagen, die Quarks sind keine Teilchen die zur starken Kernkraft gehören, genauso wenig wie die Leptonen nicht zur Schwachen W.W. gehören. Es gibt noch einige Teilchengruppen mehr als diese. Genauso herrscht auch eine unsymmetrie, weil kein Teilchen nur auf starke oder nur auf schwache W.W. reagiert.

nicht Betrag, sondern Richtung: positiv und negativ, war
gemeint

das habe cih verstanden, aber bei den Leptonen gibt es auch positive Ladungen das µ+ Ion z.B.

während es 3 Farb"ladungen gibt - find ich schon äußert
befremdlich/denkwürdig

Drei Farbladungen (rot, grün, blau - ist halt anschaulich)

die Leptonen haben keine, sonst würden sie auf die starke W.W. reagieren.

Zwei elektrische Ladungen (plus, minus)

wie gesagt, es sind 3. da hab ich dich oben wohl falsch verstanden. Da du hier positiv mit aufzählst. Dann hab ich noch ein beispiel für neutrale Ladungen bei den Leptonen: alle neutrinos

also ich hab jetzt einiges besser verstanden wie du es meintest. Aber teilchen zu finden, die nur auf Gravitation reagieren stell ich mir kompliziert vor. Die zuordnung von den einzelnen Teilchengruppen zu den Kräften passt nicht so gut, weil es eben mehrere Gruppen gibt und manche reagieren nur auf 2, andere auf 3 davon. Diese Zuordnung fänd cih nachvollziehbarer, wenn Quarks NUR auf die starke W.W. reagieren und wenn Leptonen NUR auf die elektroschwache WW reagieren, dann würde mir einleuchten, dass es auch teilchen geben sollte die NUR auf gravitation reagieren.