Es geht weiter mit dem Astrodicticum-Simplex-Buchclub. Wir lesen gemeinsam ein Buch und zwar „Die Vermessung des Universums“ von Lisa Randall (Hinweis: Das hier ist keine komplette Rezension des Buches. Ich erwähne hier nur ein paar interessante Themen und gebe keinen vollständigen Überblick. Ich gehe davon aus, dass jeder der am Buchklub-Projekt mitmacht, das Buch auch selbst gelesen hat und über den Inhalt Bescheid weiß). Im ersten Teil haben wir über Sinn und Unsinn von langen Einleitungen diskutiert und über Randalls Erklärung der wissenschaftlichen Methodik. Im zweiten Teil haben wir gelesen, wie Randall Wissenschaft gegenüber Kunst und Religion abgrenzt. Mittlerweile sind wir bei den Kapiteln 5 und 6 angekommen und nun geht es mit der Teilchenphysik los. Lisa Randall gibt einen Überblick über die Entwicklung dessen, was wir bisher über die Mikrowelt herausgefunden haben.
In Kapitel 5 („The Magical Mystery Tour“) erzählt Randall von der historischen Entwicklung der Teilchenphysik und zeigt uns, wie sich die Welt verändert, wenn wir immer kleinere und kleinere Skalen betrachten. Sie beginnt bei den alltäglichen menschlichen Größenordnungen von ein paar Metern und blickt dann immer tiefer in die Materie hinein. Sie nimmt dabei wieder das Thema aus den ersten Kapiteln auf und zeigt, das wir die Welt zwar durchaus auf einer bestimmten Skala verstehen können, die Dinge sich aber massiv ändern, wenn wir tiefer blicken. Die „feste“ Materie, die wir mit der normalen Alltagsmechanik á la Newton beschreiben, verändert sich, wenn wir sie auf atomaren Skalen betrachten – denn jetzt ist da keine feste Materie mehr, sondern nur noch ein Atomkern, der von jeder Menge Nichts und ein paar Elektronen umgeben ist. Und so ändert sich das Bild immer wieder; bis hinab zu den Quarks und was immer danach kommen mag…
Eine Einführung in die (sub)atomare Welt dieser Art findet man in vielen populärwissenschaftlichen Büchern über dieses Thema und anders geht es ja auch nicht. Wissen dieser Art gehört nicht zum Allgemeinwissen und wenn man die aktuelle Teilchenphysik erklären will, muss man erst mal den Status Quo erklären. Wenn man regelmäßig populärwissenschaftliche Bücher liest, dann können diese Einleitungskapitel aber manchmal ein wenig langweilig werden (genau so wie die Kapitel über Relativitätstheorie und Quantenmechanik in Büchern über Kosmologie). Aber ich lese sie trotzdem gerne, denn oft findet man dort Gedanken auf eine ganz neue Art und Weise dargestellt an die man noch nicht gedacht hat bzw. Dinge viel besser erklärt, als man sie bisher erklärt bekommen hat. Bei Lisa Randall sind mir hier zwei solcher Dinge aufgefallen.
Einmal der Satz:
„One can’t help but think of quarks as all bound together in a sack with some tangible barrier from which they can not escape.“
Randall spricht hier von der Struktur des Protons und wie schwer es uns fällt, ein korrektes Bild zu dessen Beschreibung zu finden. Und es stimmt: Auch habe schon davon gesprochen, dass „ein Proton aus drei Quarks besteht“ und wenn ich mir das vorstelle, dann sehe ich eine Kugel, in deren Inneren sich drei kleinere Kugel befinden. Aber so ist es natürlich nicht und das hat mir dieser Satz von Randall wieder sehr bewusst gemacht. Es gibt kein Proton, in dessen Inneren sich etwas befinden könnte. Es gibt drei aneinander gebundene Quarks, nicht mehr. Und diese Quarks sehen für uns aus einer gewissen Entfernung eben einfach nur aus wie ein einzelnes Objekt, das wir „Proton“ genannt haben. Aber eigentlich gibt es dieses Proton nicht und es kann deswegen auch nicht aus irgendwas „bestehen“.
Und auch der zweite Punkt der mir aufgefallen ist, beschäftigt sich mit der Struktur dessen, was wir Proton nennen. Wenn wir uns unsere Proton-Kugel vorstellen mit den drei kleineren Quark-Kugeln darin, dann war es das meistens auch schon und auch die offiziellen Darstellungen dieser Art sehen meistens genau so aus:
Aber auch das ist irreführend. In so einem Proton (es ist verdammt schwer, das nicht so zu beschreiben, nicht wahr?) ist viel mehr los. Da sind nicht nur drei einsame Quarks. Diese drei Quarks sind die Valenz-Quarks also die, die die Ladung des Protons bestimmen. Ein Proton ist immer positiv geladen und die die beiden Up- und das eine Down-Quark liefern zusammen genau diese eine positive Ladung. Man könnte da jetzt nicht einfach noch ein Down-Quark dazu packen, denn dann würde sich die Ladung ändern. Aber man könnte ein Down-Quark UND ein Anti-Down-Quark hinzufügen. Das würde die Ladung nicht ändern; nur die Masse. Und wenn Teilchen und Anti-Teilchen sich gleich wieder vernichten, dann merkt auch die Masse des Protons nicht, dass da irgendwas war…
Solche Teilchenpaare, die kurz aufpoppen, gleich wieder verschwinden und die Ladung die nicht ändern, nennt man „Virtuelle Teilchen“ und es gibt sie tatsächlich. Genauso wie die Gluonen. Das sind Teilchen, die die starke Kernkraft vermitteln, also die Kraft, die dafür sorgt dass die Quarks zusammenhalten. Die Gluonen sind das, was die Photonen für die elektromagnetische Kraft sind – mit einem Unterschied. Photonen sind elektrisch nicht geladen und unterliegen daher selbst NICHT der elektromagnetischen Kraft, die sie vermitteln. Die Gluonen tragen aber eine starke Ladung, beeinflussen sich also auch gegenseitig mit der starken Kernkraft und vermitteln sie nicht einfach nur. Deswegen ist es auch so schwer, die Quarks voneinander zu trennen.
In einem Proton gibt es also neben den Valenz-Quarks auch noch haufenweise virtuelle Quark-Paare und Gluonen. Das wird in vielen populärwissenschaftlichen Darstellungen vernachlässigt und es ist gut, dass Randall das so explizit und so früh erwähnt. Denn das muss man wissen, wenn man verstehen will, wie das mit dem Higgs-Teilchen funktioniert. Oder wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert.
Das ist das Thema von Kapitel 6 („‚Seeing‘ Is Believing“). Hier erklärt Randall, wie die Wissenschaftler die (sub)atomare Welt überhaupt beobachten können und was „beobachten“ in diesem Zusammenhang heißt. Sie gibt einen kurzen Überblick über die verschiedenen frühen Experiment von Rutherford & Co und erklärt die grundlegenden Prinzipien beim Betrieb eines Teilchenbeschleunigers. Ich fand besonders den Teil interessant, in dem sie davon erzählt, wie man die Teilchen auswählt, die im Beschleuniger aufeinander treffen sollen. Da muss auch wieder auf die Ladung geachtet werden: Schmeißt man zum Beispiel ein Elektron auf ein Elektron, dann sind beide elektrisch negativ geladenen und aus dieser Kollision können nur wieder Teilchen entstehen, die zusammen selbst eine doppelt negative Ladung haben. Stoßen Elektron und Anti-Elektron (ein Positron) zusammen, dann haben die zusammen eine Ladung von genau 0. Und aus dieser Kollision können alle Arten von Teilchen entstehen, die zusammen ebenfalls eine neutrale Ladung haben. Und da das für jedes Teilchen-Anti-Teilchen-Paar zutrifft, kann man damit ALLE Teilchen erzeugen, wenn man nur genügend Energie rein steckt.
Warum also hat man sich beim LHC dafür entschieden, Protonen auf Protonen zu schießen? Und keine Elektronen/Positronen genommen oder Protonen-Anti-Protonen-Paare? Weil Anti-Protonen knifflig zu erzeugen sind und weil Elektronen viel leichter sind als Protonen und nicht so viel Rumms haben. Und weil es „Protonen“ ja eigentlich nicht gibt, sondern nur Ansammlungen von Valenzquarks, Virtuellen Teilchen und Gluonen und DIE sind es, die miteinander kollidieren. Und da kann es sehr wohl vorkommen, dass ein Quark auf der einen Seite mit einem Antiquark auf der anderen Seite kollidiert. Oder zwei Gluonen, die elektrisch ja sowieso neutral sind.
Ich fand Kapitel 5 und 6 sehr interessant. Es ist zwar noch keine neue Forschung enthalten sondern nur eine Zusammenfassung dessen, was man schon lange kennt. Aber solche Zusammenfassungen sind 1) nötig und können 2) trotzdem wertvoll sein, weil man – vorausgesetzt es handelt sich um ein gutes Buch – immer noch das eine oder andere Detail findet, das man vorher nicht kannte und das zum Nachdenken anregt. Welche Details das in meinem Fall waren, habe ich hier ja schon erklärt. Aber mich würde natürlich interessieren, was euch in diesen beiden Kapiteln aufgefallen ist. Was habt ihr noch nicht gewusst und erst jetzt erfahren? Was hat euch zum Nachdenken angeregt?
Das nächste Mal treffen wir uns am 14. März. Da bin ich zwar auf der Buchmesse in Leipzig, hoffe aber trotzdem einen Artikel rechtzeitig vorbereiten zu können. Bis dahin können wir Kapitel 7 und 8 lesen. Falls euch die Lesegeschwindigkeit zu schnell (oder zu langsam) ist, sagt Bescheid – dann können wir das auch gerne modifizieren. Bis bald!
Ich verstehe das Problem nicht so ganz. Nach der Logik könnte man doch auch sagen „Es gibt kein Wassermolekül, sondern nur zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom.“ Habe ich da etwas überlesen?
@Nashorn: „“Es gibt kein Wassermolekül, sondern nur zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom.” Habe ich da etwas überlesen?“
Klar kann man das so sagen. Und es ist ja auch kein Problem. Es ist nur etwas, was mir aufgefallen ist: Wir stellen uns eben alle ein Proton immer als eine Art Behältnis vor, in dem dann 3 Quarks drin stecken. Das ist falsch. Wenn wir uns ein Molekül vorstellen, stellen wir es uns aber nicht so vor wie ein Proton; also als irgendeine Art Kiste mit drei Atomen drin, sondern wesentlich korrekter, als 3 Atome die sich miteinander verbunden haben. Und diese Verbindung nennen wir dann eben Molekül; wissen dabei aber auch, dass es nur so lange existiert, wie die Verbindung existiert. Wenn sich 3 Quarks zu einem Proton verbinden ist unser geistiges Bild aber völlig anders.
OK, danke, jetzt ist es mir klarer geworden. Die Überschrift hatte mich etwas in die Irre geführt.
„Es gibt Proton, in dessen Inneren sich etwas befinden könnte. “
Fehlt da ein „kein“?
Paraphrase
ich weiß nicht, das es bringen soll, wenn Sie den Text nur paraphrasierend nacherzählen und die Verwirrung eher größer machen. Daran änderz auch das Bild eines Protons mit drei bunten Smarties drin nichts, die dann überflüssigerweise noch von einer schwarzen Hülle umgeben sind, die es so auch nicht gibt. Eigentlich gibt es in der Welt nichts stabileres als ein Proton. Hierüber muss man sich eigentlich wundern bei der gegebenen inneren Struktur mit drei positiv geladenen Quarks mit unendlich hohen Coulombschen Abstoßungskräften, denen die sog. starke Kraft entgegenwirkt.
Ich frage mich, ob zwischen popular science und real science nicht auch noch Raum ist, etwas tiefer in die Materie einzusteigen und zu erklären, woher wir wissen, dass das Proton eine innere Struktur hat und warum sie so stabil ist ?
@bb: „ich weiß nicht, das es bringen soll, wenn Sie den Text nur paraphrasierend nacherzählen und die Verwirrung eher größer machen.“
–> https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/?p=13440
„aran änderz auch das Bild eines Protons mit drei bunten Smarties drin nichts, die dann überflüssigerweise noch von einer schwarzen Hülle umgeben sind, die es so auch nicht gibt.“
Echt jetzt? Genau darum gehts; dieses Bild soll demonstrieren, dass das Proton oft genau so dargestellt wird und diese Darstellung verwirrend ist. Steht aber auch im Text.
„Ich frage mich, ob zwischen popular science und real science nicht auch noch Raum ist, etwas tiefer in die Materie einzusteigen und zu erklären, woher wir wissen, dass das Proton eine innere Struktur hat und warum sie so stabil ist ?“
Darf ich fragen, ob sie das Buch gelesen haben, das wir hier diskutieren? Das hier (und ich habe es extra ganz an den Anfang des Artikels geschrieben) ist KEINE Rezension und KEINE vollständige Nacherzählung des Buches. Es ist auch KEIN Artikel über den Inhalt des Buchs. Es ist ein Ort, an dem all die, die das Buch gelesen haben, darüber diskutieren können. Und ich habe dazu eben ein bisschen von dem geschrieben, was mir an den jeweiligen Artikeln gefallen hat. Und wenn sie das Buch auch lesen, dann werden sie dort in den Kapiteln 5 und 6 auch Erklärungen finden, die erläutern, wie man die Struktur des Protons entdeckt hat und auch die Stabilität bzw. der Zerfall des Protons wird thematisiert. Und darüber können wir dann auch gerne diskutieren. Genau das ist ja der Sinn des Buchklubs.
„Wenn sich 3 Quarks zu einem Proton verbinden ist unser geistiges Bild aber völlig anders.“
Ich finde es echt schwierig, mir diese Quarks, Gluonen und virtuellen Teilchen überhaupt sinnvoll bildlich vorzustellen. Mit irgendwelchen „Kügelchen“, die irgendwas machen, komme ich da irgendwie nicht weiter. Vielleicht muss man einfach akzeptieren, dass unser bildliches Vorstellungsvermögen da generell an Grenzen stösst, eben weil dieses extrem Kleine nicht Teil unserer Alltags-Wahrnehmung ist?
Und die Frage, „warum“ die das machen oder was so ein Quark „eigentlich“ ist, kann man ja auch irgendwie nicht befriedigend beantworten. Vermutlich ist so eine Fragestellung schon falsch… 🙂
@Nashorn
Man könnte auch sage, dass es keine Atome gibt, da diese aus Fermionen bestehen, dass es die nicht gibt weil sie aus Quarks gebaut sind und dass (falls eine/die Stringtheorie Recht zutrifft), eigentlich ausser Strings überhaupt nichts gibt.
Darum geht es aber in dem Vergleich nicht.
Es geht darum, dass die Vortellung des Protons als etwas zumindest teilweise von seinen Quarks unabhängiges (die „Hülle“) wie sie in vielen Darstellungen zu sehen ist „falsch“ ist.
Das interessante daran ist weniger, dass „das Proton nicht existiert“, sondern, wie der Mensch instinktiv in Modellen denkt.
(Und eine gute Warnung, icht zu sehr im Modell zu denken)
Was mich an den beiden Kapiteln schon verblüfft hat ist, dass mir das, was mir im vorherigen Kapitel das Lesen vergällt hat, jetzt ganz erstaunlich gut gefiel. Was die Erklärung zu den Teilchen und das auswählen für den Beschleuniger, beziehungsweise, was man dort überhaupt beobachtet, bin ich nachgerade begeistert. Sie erklärt wirklich sehr gut und das Sprunghafte, Sperrige fiel gar nicht mehr auf, an den virtuellen Teilchen knabbere ich aber noch.
Mir fiel allerdings auf, dass ich mir ein Proton überhaupt noch nicht vorgestellt hatte. Zu klein, oder … warum nicht, keine Ahnung. Beim Lesen versuchte ich es dann und zwar wie bei Atomen und ihren Bindungen …. und landete bei lauter Minisphären (mit ein paar Extras, wie bei Neutronen), die alle zusammen den Atomkern bilden … Nein, bei Kuddelmuddel landete ich.
Das Modell mit der falschen Hülle führt beim bildlichen Vorstellen weiter, und warnt davor zu sehr modellhaft zu denken, zu bildlich zu bleiben.
Ich habe es also gleich wieder gelassen mit dem Vorstellen und hoffe, dass ich jetzt die mir noch fehlenden Seiten nachlesen kann und dass mein Reader nicht mehr abschmiert.
Zu den Modellen hab ich noch eine Frage: Gibt es eigentlich irgendeinen Versuch, alles rein bildhaft vom Kleinsten ins halbwegs Große zu bringen?
Nach dem Motto: So sieht Materie wirklich aus?
@Theres: „Gibt es eigentlich irgendeinen Versuch, alles rein bildhaft vom Kleinsten ins halbwegs Große zu bringen?“
Hmm. Da würde mir jetzt nichts einfallen. Was genau meinst du? Sowas: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/07/10/post/ ? Wir können halt nur in Dingen denken, die so groß sind wie wir und und die Welt der Teilchen funktioniert halt ganz anders. Da funktioniert das zwangsläufig nicht mehr…
Ah, man sollte sich doch häufiger einen Refresh gönnen!
@tina
Du also auch 🙂
Keine Vorstellung, meine ich. Warum halte ich für eine falsche Frage, aber Wie – das ist nur faszinierend.
@Librarian
Ich würde sogar sagen, dass Modelle, so hilfreich sie sind, idealerweise genau dann (fast) verschwinden und ebenso idealerweise durch die größtmögliche Annäherung an die Realität ersetzt werden können, wenn man nur tief genug guckt. Okay, das war ebenfalls idealisiert ausgedrückt – und für alle, die nicht im Fach sind, wäre so eine Betrachtung auch zu detailliert. Ein mathematisches Modell kann zwar sehr genau sein, beschreibt aber doch nur …. Nein, das wird mir zu viel …
@Florian
Quietsch, der Teilchenzoo <3 Wundervoll …
Aber nein, eher so ein Bild von Winzig zu Materie, vom ungefähren Aussehen des "echten" Protons und Neutrons zu Elektronen und von dort zum Molekül … und zur DNA … Würde ein Riesenmodell.
Ich hatte schon gefürchtet, dass das nicht funktioniert.
Verstehen kann mans wenigstens (na gut, ich nur halbwegs).
@Theres: „Gibt es eigentlich irgendeinen Versuch, alles rein bildhaft vom Kleinsten ins halbwegs Große zu bringen?“
Mir ist bewusst das es nicht genau das ist was du meintest, musste aber beim Lesen deiner Frage sofort an diese tolle Animation denken, und sie kommt der Beantwortung deiner Frage vielleicht schon recht nah.
https://htwins.net/scale2/
@theres: Keine Vorstellung vom Proton trifft es am ehesten. Wobei im Hinterkopf natürlich noch die Kalottenmodelle aus der Schule rumschwirren.
Ansonsten hatte ich in diesem Kapitel doch etliche Aha-Effekte. Gerade warum welche Teilchen wie durch die Gegend geschossen werden war schon spannend. Und den Teilchen-Zoo werde ich vielleicht auch noch verstehen – soweit das überhaupt möglich ist.
@Theres
Das ging mir ganz genauso. Ich finde das Buch inzwischen richtig gut.
Und was die bildliche Vorstellung betrifft, denke ich, dass wir uns wohl damit abfinden müssen, dass es keine passenden Bilder geben kann (wäre aber toll, wenn es sie doch gäbe 🙂 ).
Ist so wie mit der falschen Frage nach dem „warum“. Mir geht es ja beim Lesen von solchen Büchern immer so, dass mir die Frage „Warum verhalten sich die verflixten kleinen Teilchen“ so? immer mal wieder durch den Kopf geht (lässt sich irgendwie nicht abschalten), obwohl ich weiss, dass sie nicht beantwortet werden kann.
Aber egal, das „Wie“ ist auch faszinierend, da stimme ich dir zu.
@Stefan Schmidt
Ah ja, das hatte ich doch glatt wieder vergessen – vielen Dank für den Link. Ja, das trifft es schon recht gut – und man kann diese bildhübsche Animation gar nicht oft genug verlinken. Passt auch prima zum Buch, hat aber kein realitätsnahes Modell … von Molekülen und Atomen. Da fehlt das letzte Woche Gelernte doch 😉 Aber bis zur Plancklänge geht es …
@JW mit Kalottenmodellen, übrigens.
@tina
Ja, ein sehr gutes Buch, stimmt … und die Warum- Fragen sind einfach menschlich. Wäre ja auch toll zu wissen,… oder sich alles vorstellen zu können!
Ich versuche immer die Verbindung zu schaffen von Teilchen zur Biologie (weil ich vor langer Zeit einen Bioleistungskurs hatte und dort am meisten verstehe … oder vergessen habe, wie man es nimmt. Oder nachzuholen.
Ich muss diese virtuelle- Teilchen- Sache noch einmal nachlesen …
Nachdem ich bisher hauptsächlich gemault habe, war ich diesmal recht angetan von den gelesenen Kapiteln. Und prompt fällt mir kaum etwas ein, was ich hier schreiben könnte. Kritisieren ist irgendwie einfacher als Loben.
Besonders gut gefallen hat mir die Herleitung der Methoden der modernen Hochenergieteilchenphysik über die Experimente von Rutherford und die Erklärung der notwendig kleinen Wellenlängen bzw. hohen Energien. Das ist zwar keine überraschende Erkenntnis, aber in dieser klaren Hinführung hatte ich mir das bisher noch nicht klar gemacht. Die Autorin erklärt sehr verständlich, warum das Hineinzoomen in immer kleinere Skalen (die deutsche Übersetzung spricht ja häufig von Entfernungen) immer mehr Energie erfordert. Und gleichzeitig erklärt sie ebenfalls verständlich, wie diese Energie im Experiment erzeugt werden, welche Teilchen sich besonders gut eigenen (und warum) und wie die Beschleuniger beschaffen sind. In meinen Augen rundum gelungen.
Wie bei den anderen hier stößt meine Vorstellungskraft bei diesen Dimensionen an ihre Grenzen. Aber die Beschreibung des Protons über die Valenzquarks und den „See“ aus virtuellen Teilchen und Gluonen (welche ich mir am wenigsten vorstellen kann) meine ich verstanden zu haben. Und das ist auf jeden Fall schon mal was.
Jetzt kann ich nur hoffen, dass das auch hängen bleibt…
Dass man die menschliche DNA in ganzen Metern angeben werden kann, sie aber nur Nanometer breit ist, ist schon erstaunlich. Dieser Durchmarsch durch die Skalen war sehr anschaulich und hilfreich ein Gefühl für die Größenodrnungen zu bekommen.
Es gibt nur eine Teil, den ich gar nicht verstanden habe, es geht da um Strahl-Strahl-Kollisionen versus Strahl-Festes-Ziel-Kollisionen:
„A fixed-target experiment is very different. One beam has large momentum, but the target itself has none. Not all the energy is available to make new particles because the combined system of the target and the beam particle that hit it is still moving. Because of this motion, not all the energy from the collision can be transferred into making new particles, since some of the energy remains as kinetic energy associated with the motion.“
Welches „combined system of the target and the beam particle“ ist da noch in Bewegung? Ist da ein Abprallen des Protons gemeint? Oder ein Nachgeben des „festen“ Zieles?
Mir gefällt das Buch nun auch bedeutend besser.
Was ich leider gar nicht verstehe sind die Gluonen. IIRC schreibt sie nur, dass die mit den anderen Teilchen wechselwirken und die so die starke Kraft induzieren. Aber was da wie und warum passiert -keine Ahnung!
Nagut, ist eine schwierige Materie (haha), vielleicht darf man da nicht den Anspruch haben, alles im Detail zu verstehen…
@peer: „Aber was da wie und warum passiert -keine Ahnung!“
Naja, das Buch ist ja noch nicht zu Ende, vielleicht kommt da was. Aber wenn du darauf aus bist, die Kräfte irgendwie intuitiv zu verstehen, dann wirst du enttäuscht werden. Das geht nicht; das geht nur mathematisch. Die Gluonen sind für die starke Kraft das, was die Photonen für die elektromagentische Kraft sind. Licht/Photonen vermittelt die EM-Kraft; Gluonen die starke Kraft. Aber abgesehen von irgendwelchen zweifelhaften Metaphern (zwei Leute die einen Ball zwischen sich hin und her werfen, etc) kann man das kaum veranschaulichen sondern halt nur mathematisch formulieren.
ich habe das Buch nicht gelesen und bitte um entschuldigung fals mein Senf, den ich nun dazutue unqualifiziert ist, aber ich finde das Modell mit dem Sack um die Quarks gar nicth so irregeleitet, denn es gibt in etwa das prinzip der asymptohtischen Freiheit wieder. Die Wechselwirkung wird immer geringer, je Näher die Quarks beieinander sind. Sie sind quasie Wechselwirkungsfrei wenn sie sehr dicht beieinander liegen. Entfernen sie sich voneinander ziehen sie sich immer stärker an. Deswegen kann man keine einzelnen Quarks beobachten. Das Bild mit einer (Gummi)hülle um die Quarks des Protons herrum, veranschaulicht das meiner Ansicht nach ganz gut.
@18 HansT:
Ich denke, da sind die Impulse gemeint:
Wenn ich 2 gleich schwere und gegenläufig gleich schnelle Massen kollidiere, habe ich nur einen Trümmerimpuls von der Explosion, aber keinen Restimpuls aus der Beschleunigung, in dessen Richtung sich die Trümmer bewegen.
@HansT
Die Frage kann ich dir aus dem Buch heraus beantworten: Strahl- Strahl- Kollisionen sind energiereicher. Die Zahl der entstehenden Teilchen wird dabei reduziert, aber die höhere Energie, die Kollisionen erreichen können, macht das wett.
Also, das kombinierte System in deinem letzten Absatz ist das des Targets und des Strahls. Zur Erzeugung neuer Energie ist nur ein Teil der gesamten verfügbar, weil ein Teil der kinetischen übrig bleibt, also mit der Bewegung verbunden ist. Im deutschen Buch ist der Absatz vorher der entscheidende, der zur invarianten Masse.
Ich hoffe, das war einigermaßen korrekt.
Ich denke das ist so gemeint:
Als Analogie, ein System aus 2 Billiardkugeln. Schiesst du mit einer bewegten Kugel (no, na) auf eine stehende Kugel, dann hast du danach 2 Kugeln die sich bewegen. Im Extremfall bleibt der Spielball stehen und die andere Kugel rollt weg. Aber was du auch tust, irgendeine Bewegung hast du nach der Kollision.
Sind aber beide Kugeln in Bewegung und bewegen sich exakt um 180° in der Bewegungsrichtung verdreht aufeinander zum Kollisionspunkt zu, dann klacken sie aufeinander aber danach sind beide im Stillstand. Die komplette Bewegungsenergie ist in Wärme umgesetzt worden.
@Theres, Kryptonoob, Kallewirsch:
Hm, also ist wohl gemeint, dass die beim fixed-target-Zusammenstoß übrigbleibende kinetische Energie in einer zusätzlichen (parallelen?) Bewegung der resultierenden Partikel steckt?
Kennt ihr das Gefühl, wenn einem etwas eigentlich klar geworden ist, man aber die alte, intuitive, falsche Vorstellung noch nicht loslassen kann? So gehts mir grad 🙂
@25 HansT: Der Impuls wird Teilweise bei der Kollision in Energie/Teilchen/Aufhebung von Bindungsenergie umgesetzt, aber dummerweise nicht vollständig. Da sind auch mehr oder weniger elastische Stöße bei. Und außerdem erzielt man im Idealfall die doppelte Kollisionsernergie bei gegenläufigen Beschleunigungen.
@Hans T
Ganz banal gesagt:
Ballerst du mit einem Ball auf einen still hängenden Vorhang, dann bewegt sich der Vorhang.
Aus der Tatsache, dass er sich bewegt, schlussfolgerst du: du hast nicht alle Energie in die Kollision gepumpt, sondern ein Teil der Energie ging dafür verloren, dass sich der Vorhang bewegt hat.
Ich denke, im Prinzip hast du es. Denn genau diese kinetische Energie ist ja für die Vorgänge während der Kollision verloren.
Nun muss ich mal wieder meine Standard-Kritik anbringen:
Wenn es keine Protonen gibt, dann gibt es „virtuelle teilchen“ erst recht nicht – die sind schließlich nur ein rechnerisches Hilfskonstrukt, um Quantenfelder zu berechnen. Gerade im Bereich der starken Wechselwirkung wie in nem Proton ist der Zugang über „virtuelle Teilchen-Antiteilchen-Paare“ nur sehr bedingt hilfreich.
Der Zustand eines isolierten Protons ist auch nicht zeitabhängig, deswegen poppt da auch nix aus dem Nichts hervor und verschwindet wieder.
(Klar, als grobes Bild zur Veranschaulichung mag es angehen, aber mehr auch nicht.)
Nach dem etwas langatmigen Vorgeplänkel war der 2. Teil (ich hab das 7. Kapitel auch noch gleich gelesen, um den Abschnitt „Vermessung der Materie“ abzuschließen, und weil ich noch Zeit hatte) schon viel besser und entsprach eigentlich genau meinen Erwartungen. Obwohl ich einmal am Beginn des 5. Kapitels dachte, noch komplizierter hätte Frau Randall das wohl nicht mehr beschreiben können (ich denke es war die Geschichte mit dem Blutkreislauf), fand ich von da an eigentlich keine Kritikpunkte mehr.
Etwas wirklich Neues habe ich bisher zwar auch nicht erfahren, außer vielleicht die Einheit Yactometer, die mir noch nicht geläufig war, aber bei allem was unterhalb der Größenordnung von Nanometern liegt finde ich die ^-x Schreibweise sowieso praktischer, anschaulich vorstellen kann man sich da eh nichts mehr.
Übrigens werden voraussichtlich im ersten Quartal 2015 die ersten Halbleiterstrukturen in der Größenordnung von 14nm massenmarkttauglich, in Form der Intel Broadwell CPUs, sofern die Roadmap halbwegs eingehalten wird, mangels Konkurrenz wurde die Einführung schon um 3 Quartale verschoben. Bis Halbleiterstrukturen so klein wie die DNA-Breite (2nm) werden, wird es jedenfalls noch ein paar Jährchen dauern.
Besonders faszinierend finde ich das noch „unentdeckte Land“ unterhalb der Neutrinogröße bis zur GUT (hihi, wie witzig) und zur Plancklänge hinab, aber wenn man sich die Abbildung 19 anschaut, in welchem Energiebereich man die Vereinheitlichung der Kräfte vermutet, da sind wir für eine direkte Messung mit dem LHC noch extrem weit entfernt, der derzeitige Ausbau auf 28.000 GeV (wenn ich mich richtig erinnere) würde auf der Skala gar nicht auffallen.
Was die Erkenntnisse der theoretischen Physik umso erstaunlicher macht, wobei mir aber die Stringtheorie zur Zeit eher wie ein mathematischer Abenteuerspielplatz vorkommt, naja, man wird sehen wie sich das noch entwickelt.
Übrigens, weil die Frage (von @bb) aufkam, ob es zwischen „public“ und „real“ science nicht noch was gibt?
Ich würde das zwar nicht so formulieren, aber wer noch etwas tiefer in die Materie 😉 einsteigen will, der findet nebenan bei Martin Bäker (Hier wohnen Drachen) jede Menge imho gut verständlicher Artikel, die Serie „Ein Teilchen fliegt von A nach B“ könnte hierzu vielleicht ein guter Einstieg sein, da wird beispielsweise auch das mit den virtuellen Teilchen erklärt.
Oh nein, jetzt ist fast alles blau! Tschuldigung, hab wohl das /a nach dem Link vergessen.
@ 22. lieber Florian, in Deiner Besprechung steht etwa in der Mitte „die Gluonen tragen eine starke Ladung“ und weiter unten „Gluonen sind elektrisch sowieso neutral“
widerspricht sich das? oder vielleicht besser: Gluonen vermitteln eine starke Ladung ? nichts für ungut
@kalli: „lieber Florian, in Deiner Besprechung steht etwa in der Mitte “die Gluonen tragen eine starke Ladung” und weiter unten “Gluonen sind elektrisch sowieso neutral”
widerspricht sich das?“
Ne, da geht es um unterschiedliche Ladungen. Es gibt den Elektromagnetismus und elektrische Ladungen. Und dann gibt es die starke Kraft und eine entsprechende „starke Ladung“. Damit ist keine starke elektrische Ladung gemeint, sondern eine Ladung der starken Kraft. Ein Gluon ist elektrisch neutral, aber wird von der starken Kraft beeinflusst weil es eine starke Ladung hat. Genauso tragen die Quarks zum Beispiel auch „Farbladungen“ die zu einer „Farbkraft“ gehören. „Ladung“ bezieht sich in der Teilchenphysik nicht immer nur auf die elektromagnetische Kraft.
@Florian
Die Farbladung ist aber doch dasselbe wie die „starke Ladung“, oder gibt es da einen subtilen Unterschied?
@kalli
Man kann z.B. auch die Masse als die Ladung des Gravtitationsfeldes ansehen, wenn man will. „Ladung“ heißt immer nur „reagiert auf eine bestimmte Art von Feldern“.
@MartinB: „Die Farbladung ist aber doch dasselbe wie die “starke Ladung”, oder gibt es da einen subtilen Unterschied?“
Nein… (Tja, das kommt davon, wenn man den ganzen Tag Bad, Küche und Wohnung putzt und diverse Dämpfe einatmet… dann schreibt man Blödsinn. Danke für den Hinweis!)
@Florian, ja das habe ich eben befürchtet. Dabei bin ich als Chemie- und Mathelehrer sogar gewohnt mit rein abstrakten Konzepten zu arbeiten… But I guess thats Quantumphysics for you 😉
@32, 33 danke, verstanden
Ja, die Kapitel waren jetzt deutlich besser lesbar, und durchaus interessant.
Die Aussage „Protonen gibt es nicht!“ fand ich auch nach der Lektüre noch überraschend und erhellend – danke dafür!
Schön ist auch, dass ich jetzt weiß, wie das Kapitel „Die magische Entdeckungsreise“ im Original heißt.
Meine Zweifel an der Übersetzung sind weniger geworden, allerdings brauchte ich die Wikipedia, um zu erkennen, dass der Satz „Wenn wir jetzt in den Kern hineingingen, um Nukleonen und Protonen von der Größe etwa eines Fermi zu sehen…“ in Ordnung ist.
Auch ich wollte nachfragen, was es mit den Teilchen auf sich hat, die eine Kraft vermitteln. Davon habe ich auch zuvor schon öfters gehört.
Ich hätte gar nichts dagegen, wenn Teilchen A und B einfach so irgendeine berechenbare Kraft aufeinander ausüben. Jetzt heißt es aber, wenn ich es richtig verstehe, das passiert genaugenommen so nicht direkt, sondern es gibt ein Teilchen C, und das interagiert mit A und B, so dass sich der beobachtete Effekt ergibt. Haben wir jetzt eine unerklärte Wechselwirkung durch zwei andere ersetzt?
Hat „Teilchen C vermittelt eine Kraft zwischen A und B“ eine Bedeutung, die über „es gibt eine Kraft zwischen A und B, und C hat damit zu tun“ hinausgeht?
Eine weitere Frage, die ich schon immer mal stellen wollte, betrifft den möglichen Zusammenbruch von Raum und Zeit. Was ist damit gemeint?
Immerhin habe ich hier selbst einen Vorschlag, der auf ein früheres Kapitel des Buches zurückgreift. Ist der Zusammenbruch sowas wie die Sinnlosigkeit der Frage nach Temperatur und Druck eines einzelnen Molekül eines Gases?
Die in den Kommentaren schon diskutierten Auswirkungen des Unterschieds zwischen Fixed-Target und Strahlenkollision waren für mich neu und faszinierend. Als die „weitaus höhere Energie“ genannt wurde, habe ich noch überlegt, ob ich diese Bezeichnung für den von mir angenommenen Faktor 2 angemessen finde…
Die „starke Ladung“ hatte ich auch falsch verstanden, ohne dass ich einen Widerspruch bemerkt hätte. Gut, dass nachgefragt wurde.
Die Lesegeschwindigkeit ist für mich gut.
So langsam wird es richtig spannend…
@Christian: „Hat “Teilchen C vermittelt eine Kraft zwischen A und B” eine Bedeutung, die über “es gibt eine Kraft zwischen A und B, und C hat damit zu tun” hinausgeht?“
Naja, das ist eine sehr fundamentale Sache die in den nächsten Kapiteln hoffentlich noch genauer erklärt wird. Es gibt zwei grundlegende Arten von Teilchen: „Materieteilchen“ und „Kraftteilchen“. Die einen sind Quarks und Elektronen usw – aus denen besteht die Materie. Und die anderen, wie Photonen, Gluonen, etc sorgen dafür, dass Kräfte zwischen den Materieteilchen wirken können. Protonen und Elektronen schicken – vereinfacht gesagt – ständig Photonen zwischen sich hin und her und bleiben deswegen als Atom aneinander gebunden. Genauso wie die Quarks jede Menge Gluonen austauschen um aneinander gebunden zu sein. Wenn ein Teilchen nicht mit Photonen wechselwirkt, dann spürt es auch keine elektromagnetische Kraft.
„Eine weitere Frage, die ich schon immer mal stellen wollte, betrifft den möglichen Zusammenbruch von Raum und Zeit. Was ist damit gemeint?“
Ich weiß jetzt nicht, um welchen Zusammenhang es geht. Aber damit ist wohl gemeint, dass das was wir „Raum“ nennen halt irgendwann als Beschreibung nicht mehr funktioniert. Genau so wie „Zeit“. Stells dir mit den „versteckten Dimensionen“ (die im Buch sicher auch noch kommen) vor. Ich hab hier mal was drüber geschrieben: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/09/09/was-sind-dimensionen/ Für uns ist der Raum dreidimensional. Aber vielleicht gibt es versteckte Dimensionen, die wir erst dann bemerken, wenn wir auf sehr kleine Skalen schauen. Dann ist der Raum plötzlich 11dimensional und jede Menge neue Richtungen tauchen auf. Unsere normale Beschreibung dessen, was Raum ist, bricht dann zusammen. Und so kann es auch sein, wenn wir bis zur Planck-Länge schauen könnten: Dann „sehen“ wir vielleicht, dass der Raum ganz anders ist – bzw. überhaupt kein „Raum“ mehr sondern nur noch jede Menge Strings oder so…
Ah gut, wenn es verschiedene Teilchenarten sind, kann man hoffen, dass es nicht zu einem unendlichen Regress mit immer neuen vermittelnden Teilchen kommt.
Der Zusammenbruch von Raum und Zeit wird fast am Schluss von Kapitel 5 diskutiert. Offenbar ist es wie von mir vorgeschlagen so ähnlich wie der nicht so genannte „Zusammenbruch“ der Temperatur etliche Größenordnungen vorher. Nachdem wir so lange über verschiedene Skalen aufgeklärt wurden, würde man sich wünschen, dass hier einfach nur gesagt wird: auch hier tritt möglicherweise so ein Phänomen auf, dass nämlich eine Kategorie (Raum) bei einer Skala (Plancklänge) nicht mehr passt. Statt dessen heißt es Zusammenbruch, und man fragt sich, was da schon wieder passiert. Meine Science-Fiction-Vorstellung dazu ist, dass man vom Verkleinerungsstrahl getroffen und immer kleiner wird, und beim Erreichen der Plancklänge stürzen die Wände ein.
Noch langsameres Lesen würde helfen; ich sehe jetzt, dass sie an einer Stelle schreibt: „Selbst wenn der Begriff des Raumes bei der Planckskala zusammenbricht…“
Mir ist nicht ganz klar, was der Satz aussagen soll. Nur eine Interpretation fällt mir ein: Daß Deiner Meinung nichts „wirklich“ existiert, was aus kleineren Einheiten aufgebaut ist.
Das ist zugegebenermaßen nicht inkonsistent, aber ich halte es nicht für besonders fruchtbar. Was existiert dann überhaupt? Quarks, Leptonen, Photonen und noch ein paar. Und die vielleicht auch nur auf Abruf, bis wir mehr wissen.
Das ist übrigens auch genau die Ontologie, die dem Buddhismus zugrundeliegt. Wenn man den Dingen auf den Grund geht, so sagt der Buddha, dann erkennt man, daß alles Struktur hat und daher nicht existiert. Deshalb ist die Realität leer, diese Leere zu erkennen ist der Pfad ins Nirvāṇa. ॐ!
Mit Naturwissenschaft ist dieser Ansatz kaum verträglich (außer, vielleicht, in Form einer Kantschen Phänomen-Lehre).
Deshalb plädiere ich für einen pragmatischeren Ansatz. Ein Proton existiert genauso sehr wie ein Wassermolekül, eine Schneeflocke, eine Eisskulptur, eine Wolke, ein Wassertropfen oder ein Ozean. Alles auf seiner Skala.
hier gibts auch noch einen sehr guten artikel über die struktur von protonen
https://profmattstrassler.com/2012/02/15/a-few-more-facts-about-protons/
bzw. hier noch einer was das jetzt tatsächlich für kollisionen in einem hadron collider bedeutet:
https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/largehadroncolliderfaq/whats-a-proton-anyway/proton-collisions-vs-quarkgluonantiquark-mini-collisions/
Zuerst einmal bin ich froh, das endlich wieder über das Buch gesprochen wird. Randall wird durch’s ‚auf die Sache kommen‘ sofort viel interessanter. Die verschiedenen Collider-Typen und die unterschiedlichen Kollisonsüberlegungen haben mir viel neues Wissen gebracht. Das das Proton kein ‚festes‘ Teil ist, haben wir doch alle bereits gewusst. Zumindest mir war nur nicht bewusst, das es aus so vielen Bestandteilen zusammengesetzt ist. Das es zuerst als ‚Kügelchen‘ angesehen wurde, lag wohl auch an unseren ungenauen ‚Meßgeräten‘. Erst jetzt, nachdem wir an den Colliern die benötigten Energien (= ‚feinere Meßfühler‘) einsetzen können, erkennen wir auch mehr Einzelheiten. In unsere Welt übersetzt ist das jemand, der mit einer 5cm breiten Gummispitze die Welt ertasten will. Ja, da ist was, aber was es ist ? Kann ich eine Nadel mit 1/100 mm Spitze einsetzen um die Welt abzutasten, erkenne ich mehr Details.
@ Chemiker in #40 :
Genau, Randall nennt es die ‚effektive Theorie‘. Nur Phänomene die auf die beschriebenen Größenordnungen eine Auswirkung haben, müssen beachtet werden. Rede ich vom Bau eines Küchentisches, machen Moleküle keinen Sinn. Rede ich von Quarks machen unsere ‚makroskopischen‘ Erfahrungen wie Raum und Zeit keinen Sinn. Ebenso wie wir uns von der Vorstellung der ‚festen = unteilbaren Atome‘ trennen mußten, trennen wir uns nun von der Vorstellung der ‚festen‘ Kernbestandteile. Wobei der Begriff ‚feste Kernbestandteile‘ angesichts der virtuellen Quarks sich selbst ad absurdum führt.
wer das ‚d‘ gefunden hat, kann es behalten oder wieder in die ‚Collid>/b>ern‘ ensetzen. Danke
Hi, kennt ihr schon das Video „Your Mass is NOT From the Higgs Boson“ von Veritasium (https://www.youtube.com/watch?v=Ztc6QPNUqls)? Darin beschreibt er, dass die Bindungen zwischen den Valenzquarks weniger durch die Gluonen, als vielmehr durch sogenannte QCD-Flux Tubes stattfindet (ab ca 1m50). Ich finde die Idee stimmig, kann sie jetzt aber nicht ohne auf die schnelle nachprüfen.
Was mich verwirrt: Wieso verwendet sie so Einheiten wie 10^-33 cm und nicht 10^-35 m? Ist das Konvention und für irgendwas besonders praktisch?
Geschichte der Collider fand ich wirklich interessant. Vor allem, warum Strahlkollisionen und warum Proton-Proton. Sprich, ich bin wesentlich mehr Kapitel-6-Fan als von Kapitel 5.
@Florian
Bildliche Beschreibungen sind gerade bei Elementarteilchen eine Crux. Zum Beispiel stehen die Quarks auch nicht still, sondern bewegen sich mit enormer Geschwindigkeit umeinander, so dass wir keine Tripol-Struktur von außen erkennen können. Gäbe es ein Kleinstmikroskop mit Superlicht, dass die Strukturen auflösen könnte, würden wir nur irgendetwas Schwabbelndes und pulsierendes, leicht Rundes erkennen können.
@undeednu
Viele Teilchenphysiker verwenden noch das cgs-System (Centimeter, Gramm, Sekunde), weil sich so angenehmere Dimensionen ergeben und viel ältere Literatur darin geschrieben wurde.
@ TSK :
Nun, das ist ja schon durch ‚Heisenberg‘ erklärt. Die Unschärfe-Relation läßt auch nichts anderes zu. Die Teilchen werden durch die starke Kernkraft zusammengehalten und in eine etwa runde Form gebracht. Somit würde das Proton, wieder auf unsere Größenskala gebracht, eher einer Himbeere als einer Kugel gleichen. Und natürlich wissen wir heute bereits, das auch das falsch ist und wir zusammen mit der nächsten Stufe (= genauere Messungen) auch die ‚Himbeerkügelchen‘ anders aufgebaut sind. Evtl. sind wir irgendwann soweit, bis in den Bereich der Plancklängen vorzustoßen. Obwohl, um dort etwas erkennen zu können, müßten unsere Meßeinrichtungen ja kleiner sein. Wäre das theoretisch überhaupt möglich ?
@TSK
Naja, eigentlich sind die Quarks keine „teilchen, die sich bewegen“, sondern es gibt einfach das Quark-Feld, das innerhalb des Protons einen größeren Wert hat. (Und das wiederum ist auch eine quantenmechanische Überlagerung aus unterschiedlichen Feldwerten an jedem Ort.) Alle diese Bilder mit „teilchen“ sind immer nur eine Anschauungskrücke, was leider selten dazu gesagt wird und für viel Verwirrung sorgt.
@MartinB: „Alle diese Bilder mit “teilchen” sind immer nur eine Anschauungskrücke, was leider selten dazu gesagt wird und für viel Verwirrung sorgt.“
Ich hoffe ja, dass die Felder-Sache später noch im Buch erklärt wird. Im Buch von Sean Carroll ist das gut erklärt gewesen.
@Xeeleeuniversum
Na ja, nicht genau.
Es geht darum, was im Gluon-Feld genau passiert. Das ist mathematisch extrem schwierig und man weiß mittlerweile genauer Bescheid, als das früher der Fall war. Das Schlagwort dafür ist dann in diesem Fall eben QCD flux tubes.
Die Eichbosonen der starken Kraft sind aber natürlich immer noch die Gluonen, d.h. diese Teilchen vermitteln diese Grundkraft.
@ChristianS
Anschaulich kann man sich die Kraft als Austausch von Teilchen vorstellen. Dies wird in Feynman-Diagrammen (wie Abb. 17) veranschaulicht. So kann man sich die Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen wie in Abb. 17 vorstellen, indem man links in der Abbildung das Quark/Antiquarkpaar durch ein ein- und auslaufendes Elektron ersetzt (und auf der rechten Seite ebenso). Diese Diagramme dienen als Grundlage zur Berechnung der Stärke der Wechselwirkung zwischen den Teilchen.
Das oben beschriebene Diagramm wäre natürlich nur eine annähernde Beschreibung der tatsächlichen Vorgänge. Es könnten ja auch mehrere Teilchen ausgetauscht werden. Oder das Photon, das ausgetauscht wird, könnte „mal eben“ ein virtuelles Quark-/Antiquarkpaar erzeugen, dass dann wieder zu einem Photon wird usw. (vgl Abb zu Feynman-Diagrammen in der Wikipedia). Und dies führt tatsächlich zu einem „unendlichen Regress“ (taucht im Buch unter dem Begriff „Feinabstimmung“ im nächsten Kapitel auf).
Aber keine Angst – in der Physik kommt man meistens mit der „ersten Näherung“ sehr weit.
Falls mal jemand ein bisschen Teilchenbeschleuniger spielen mag, auf der LHC-Education Seite gibt es ein kleines Flash-LHC-Game, neben jeder Menge Unterrichtsmaterial.
@Maz
„Aber keine Angst – in der Physik kommt man meistens mit der “ersten Näherung” sehr weit.“
Allerdings in der QCD gerade nicht – da helfen feynman-Diagramme nur bedingt, deswegen machen die Leute ja sowas wie Gittereichtheorie, wo man direkt mit feldern hantiert:
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/03/09/sind-elementarteilchen-symmetrisch/
Es ist nicht die Ruhemasse, die Protonen geeigneter macht, da sie ja „mehr Rumms“ machen, sondern die Synchrotonstrahlung, welche invers zur Masse hoch 4 abhängt
Das die Ruhemasse hier eine untergeordnete Rolle spielt ist 101 SRT, wenn wir die kinetischen Energien betrachten.
@MartinB:
Bei uns wurde damals gesagt, dass die „Masse“ des Protons eben nicht aus der Masse der Bestandteile, sondern zu 99% aus der relativistischen Bewegungsenergie der Komponenten besteht. Zumindest habe ich es so verstanden.
Natürlich besteht der Kern nicht aus „Materiebällchen“, was schon daran klar ist, dass sich das Elektron im Kern aufhalten kann. Dennoch kann man sich IMHO die Quarks im Kern lokalisiert als „Paket“ vorstellen (Wellenfunktionen sind so schrecklich unanschaulich).
@TSK
Dann hat man auch damals etwas Falsches gesagt.
„Lokalisierte“ Quarks stehen nun mal in Widerspruch zu den Ergebnissen der Streuexperimente, mit denen man die interne Struktur von Protonen untersucht hat.
@TSK
Ich denke nciht, dass man sich die Quarks generell als lokalisiert vorstellen kann – genau wie bei einem Elektron ist die Wellenfunktion ausgedehnt, hier über das Proton. Wenn ich natürlich ein Streuexperiment mache, dann ist das letztlich eine Ortsmessung und die WF kollabiert, aber das heißt nicht, dass das Quark schon vorher lokalisiert war.
@Niels
Hat nicht Feynman das Parton-Modell gerade aufgestellt, weil es quasi-punktförmige Bestandteile im Proton gab?
@MartinB, Niels
Gibt’s im Proton (oder Neutron oder Atomkern überhaupt) eigentlich auch so etwas wie angeregte Zustände und höhere Orbitale, wie bei den Elektronen? Die dann unter Aussendung von Gammaquanten wieder verlassen werden?
@Alderamin
Jupp, tonnenweise, das sind die „resonanzen“, z.B.
https://de.wikipedia.org/wiki/%CE%94-Baryon
Guckst du auch hier
https://www-pdg.lbl.gov/2013/listings/contents_listings.html
@MartinB
Cool, wieder was gelernt.
@Niels
@MartinB
Danke für die Korrektur.
Hatte damals nur Grundstudium und hab mich seitdem nicht mehr damit beschäftigt.
@MartinB
Schon, aber das Parton-Modell ist doch nur eine Näherung, die bei hohen Energien gilt. Das liegt daran, dass bei der QCD das Phänomen der asymptotische Freiheit auftritt, die starke Kopplungskonstante ist bei geringen Energien größer als bei hohen Energie.
Speziell zu den Streuexperimenten: Wenn sich im Proton lokalisierte Valenz-Quarks befinden würden, müssten die bei Streuversuchen gemessenen parton distribution functions unabhängig von der Energie-Skala Q sein. Das sind sie aber ganz eindeutig nicht.
Oder mache ich da einen Denkfehler?
Aber selbst wenn Obiges Quatsch ist:
Mir fällt jedenfalls absolut kein Grund ein, warum die Wellenfunktion nicht über das Ganze ausgedehnt sein sollte. So wie ich ganz allgemein die Quantenmechanik verstehe, müsste das doch der Normalfall sein, richtig?
@Niels
Vermutlich reden wir aneinander vorbei – ich fand dein statement, dass man aus den Streuexperimenten keine Lokalisierung ableiten kann, etwas verwirrend.
Ansonsten stimme ich zu – die WF ist über das ganze Proton verschmiert und die Messung mit hochenergetischen Teilchen ist eine Ortsmessung; wie genau die den Ort messen kann, hängt von der Energie ab.
Dass die WF verschmiert sein muss, folgt eigentlich schon daraus, dass das Proton stabil ist – also ist es in nem Energie-Eigenzustand, also darf sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit nicht mit der Zeit ändern, also können da keine Teilchen irgendwo lokalisiert sein und herumflitzen.
@MartinB
Die Sache mit den Streuexperimenten war ja auch verwirrend und das Ergebnis eines seltsamen, unnötig komplizierten Gedankenganges. Mea culpa.
Deine Erklärung mit Hilfe eines Energie-Eigenzustand ist dagegen sher schön. Auf so etwas bin ich nur nicht drauf gekommen. Das nächste Mal denke ich lieber etwas länger nach, bevor ich kurz etwas runterschreibe.
Ein ziemlich umfangreiches Dokument (87 pdf-Seiten) von James Stirling, Uni Durham, mit vielen Bildern, Grafiken (und Formeln!) zur Theorie von Proton-Proton-Kollisionen von habe ich hier entdeckt. Hoffentlich stiftet es nicht mehr Verwirrung als es zum Verständnis beitragen kann.
…
von…@Florian:
Ist das Paket eigentlich angekommen ?
@TSK: „Ist das Paket eigentlich angekommen ?“
Welches Paket meinst du denn? Ich hab einige bekommen in letzter Zeit; eines allerdings nicht – das war eins das angeblich nur mir persönlich ausgehändigt werden konnte und ich war zu lange weg; da hat die Post das wieder zurück an Absender geschickt. Ich weiß aber nicht was drin war und wo es her kam.
Meinst du den Tee? Der kam an – hab ich im Plauderartikel damals auch erwähnt, wenn ich mich richtig erinnere. Vielen Dank!
Ich wollte nochmal was zum Buch sagen:
Mir ist beim Lesen dieses Kapitels durch den Kopf gegangen, dass ich möglicherweise nicht so viel davon verstanden hätte, wenn ich nicht schon einiges zu dem Thema vorab gelesen hätte. Also für so komplette und absolute Beginner ist das vielleicht wirklich nicht so einfach.
Das meine ich nicht als Kritik, ich musste nur wirklich etliches zwischendurch nachschlagen, was von ihr so im Nebensatz eingeworfen wird.
Da merke ich dann, wie riesig die Wissenslücken tatsächlich sind…
Viele von Euch hier aus dem naturwissenschaftlichen Sektor haben ja ein ganz anderes Grundverständnis, Euch fällt das vielleicht gar nicht so auf.
An die schlauen unter Euch:
Kennt Ihr das hier?
https://particleadventure.org/german/index.html
Und wenn ja, ist es tauglich, um einen Einstieg in das Thema zu geben?
Ich finde es ganz gut gemacht, weil es wirklich ganz klein anfängt und Schritt für Schritt vorgeht.
Aber vielleicht stecken auch Fehler drin oder die Darstellungen sind nicht gut gemacht…?
Zum Problem der bildlichen Darstellung:
Für mich z.B. ist so ein bildhafter Anteil sehr wichtig, ohne den hätte ich gar keine Chance, mir das alles halbwegs „greifbar“ zu machen.
Auch wenn das alles unvollständig oder sachlich nicht ganz „korrekt“ ist.
Dass es natürlich gerade zu diesen Themen hier schwer bis unmöglich ist, realistische Darstellungen von etwas zu entwickeln, was man nicht direkt sehen kann – das ist mir schon klar.
Aber wenn immer wieder betont wird, dass es eben nur Versuche sind, das ganze irgendwie abzubilden, dann kann ich das auch so einordnen und erwarte nicht, dass ich da etwas „reales“ sehe.
@Wissenslücke:
Ich hab mich durch einige Seiten geklickt, sieht ganz gut aus, und ist ja auch von einer wissenschaftlichen Einrichtung erstellt worden, also kann man wohl davon ausgehen, dass die Informationen soweit korrekt, wenn auch nicht ganz auf dem letzten Stand (2000) sind.
Illustrationen finde ich auch oft hilfreich, um sich etwas unter den Begriffen für eigentlich nicht sichtbare Dinge und wie diese miteinander zusammenhängen vorstellen zu können. Man muss dabei nur immer im Hinterkopf haben, dass die „Spielregeln“ auf diesen sehr kleinen Skalen eben etwas komplizierter und anders sind, als in unserer Alltagswelt, wo die klassisch-newtonsche Physik zur Beschreibung normalerweise ausreicht.
@Stone:
Cool, danke!
Ja, ist schon ein bissl älter die Seite, hier wird man dann ja ggf. geupdated 😉
Gern geschehen. Ich gestehe — ich lese die Plauderartikel meistens nicht. Äh, eigentlich nie.
Noch etwas zum Thema ‚Fixed target oder collider?‘:
Da beim Collider die Reaktion im Ruhesystem der Apparatur
stattfindet verteilen sich die Reaktionsprodukte auf den gesamten Raumwinkel (also überall auf die Kugeloberfläche).
im fixed-target Aufbau dagegen fliegen die Reaktionsprodukte ja mehr oder weniger nach vorne in Strahlrichtung weiter.
Ich weiß nicht wie sehr, aber vom Detektoraufbau sollte daher der Collider eine bessere Winkelauflösung haben. Und noch die resultierenden Teilchen mit magneten besser ablenken können.
Anmerkung: das habe ich bei Randall nicht gefunden, vielleicht ist es also nicht so drastisch. Habe es nicht nachgerechnet…
Und nur der Vollständigkeit halber: ein Collider ist ja eigentlich auch ein Beschleuniger.
Deswegen finde ich den Titel des Abschnitts ‚Fixed-Target Experiment versus Teilchenbeschleuniger‘ nicht ganz gelungen (vielleicht ist es ja nur die Übersetzung).
… und noch etwas zu Kapitel 5:
.
Vielleicht ist das etwas zu pessimistisch gesehen.
Es könnte Experiment mit der Höhenstrahlung geben.
zugegeben, die Experimente werden schwieriger wegen der unbestimmten Randbedingungen. Aber vielleicht nicht unmöglich, so dass zukünftige Experimente vielleicht nur anders aussehen (siehe Pierre Auger Observatorium, das ist erst einmal nicht mit teilchenphysikalischem Ziel erbaut, oder?).
Sehr verspätet trage ich nun endlich meine Kommentare nach.
In den Kapiteln 1 und 2 war ich ja auch noch nicht so begeistert von dem Schreibstil, den ich sperrig und wenig strukturiert fand. Nachdem sich das in den Kapiteln 3 und 4 deutlich gebessert hatte, dachte ich zu Beginn von Kapitel 5 dann: „Oh nein, jetzt fängt sie wieder an und schreibt so wie zu Beginn!“
Das bezieht sich auf den Abschnitt mit den biologischen Systemen, dem Schlüsselbein und dem Kreislaufsystem. Es ist klar, dass sie versucht, eine Analogie herzustellen. Aber in diesem Teil hat mich einfach wieder genervt, dass sie alles mögliche nur kurz anschneidet, um dann weiterzuspringen zu einem anderen Thema. Sie verweilt für meinen Geschmack dann nicht lange genug bei ihrem Vergleich, um ihn wirklich deutlich zu machen, und wirft mehr Fragen auf, als sie klärt.
Glücklicherweise verbesserte sich das dann schnell wieder, als es wieder zurück zur Physik ging. Der Rest der beiden Kapitel war dann äußerst interessant, da muss ich den anderen zustimmen. Auch mich fesselte vor allem die Erklärung, wie man die Teilchen und die Art des Colliders auswählt – hier habe ich noch viel Neues gelernt.