Die offenen Fragen der Physik

[Halman]

Matrizenmechanik vs. Wellenmechanik

wo stellt man denn Teilchen über Matrizen dar?

Ich denke mal, dass sich McWire auf die heisenberg'sche Matrizenmechanik bezieht.
Heisenberg war, laut dem was ich gelesen habe, Positivist und maß nicht gemessenen quantenmechanischen Zuständen keinerlei Realität zu.

Im Gegensatz dazu entwickelte der Realist Erwin Schrödinger die Wellenmechanik.

So unterschiedlich auch die Ansätze sind, so erstaunlich ist es doch, dass lt. S. A. Camejo der heisenberg'sche Formalismus mathematisch äquivalent mit der schröder'schen Wellenmechanik ist.

Aber ich muss gestehen, dass in meinem Buch ausschließlich die Wellenmechanik behandelt wurde, weil diese einfacher ist.

[irony]

Ich denke mal, dass sich transportermalfunction auf die heisenberg'sche Matrizenmechanik bezieht.

Also ich habe von Matrizen gar nichts geschrieben.

Typischerweise spielen in der Quantenphysik immer wieder Matrixelemente eine Rolle, die in der Form <f|A|f> geschrieben werden, wo A ein Operator und |f> ein Zustand ist und <f|A|f> im Grunde ein Skalarprodukt darstellt, wobei das zweite | optional ist, d.h. man könnte auch <f|Af> schreiben.

Gerne benutzt werden auch Spinoren und Spinmatrizen, und bei der elektroschwachen Vereinheitlichung kommt dann auch so abstruses Zeug wie dieses hier zum Vorschein http://de.wikipedia.org/wiki/CKM-Matrix

Das hilft dem Verständnis, was man sich unter einem Elementarteilchen vorstellen soll, auch nicht wirklich weiter.

[Halman]

Also ich habe von Matrizen gar nichts geschrieben.

Stimmt, das war McWire.

Danke für den Hinweis, Mr. Edit hilft mir bereits.

[irony]

Aber ich muss gestehen, dass in meinem Buch ausschließlich die Wellenmechanik behandelt wurde, weil diese einfacher ist.

Physikbücher sind ja irgendwie Glückssache. Neulich hatte ich das Rumclicken bei Wikipedia auch mal satt und habe mir noch mal in der Bibliothek ein Physikbuch ausgeliehen: Gerthsen "Physik", was ich eigentlich ganz okay fand. Von der Mathematik her kommt man da mit dem Schulstoff eigentlich ganz gut zurecht.

[irony]

Nach der Impulserhaltungsproblem bin ich geneigt zu sagen, dass das nicht geht.

Ich habe mir das noch mal angeschaut.

Das lorentzinvariante Quadrat des Viererimpulses ist E2/c2 - p2 = m2c2

wobei p der relativistische Impuls und m die invariante Ruhemasse und mc2 die Ruheenergie des Teilchens ist.

Damit ist dann E2 = p2c2 + m2c4 und die Gesamtenergie E eben die Wurzel daraus, also E = Wurzel(p2c2 + m2c4)

Die kinetische Energie ist dann

Ekin = E - mc2 = Wurzel(p2c2 + m2c4) - mc2


Bei einem Teilchenbeschleuniger werden nun z.B. Elektronen und Positronen auf eine gegenläufige Kreisbahn gebracht. Wenn sie zusammenstoßen, annihilieren sie, und das leichteste Teilchenpaar, das dabei erzeugt wird, ist das Myon-Antimyon-Paar.

Man hat dann die Reaktion:

e- + e+ --> mu- + mu+

Die beiden Myonen haben eine deutlich höhere Ruhemasse als die Elektronen, und diese frisch "geronnene" Ruhemasse kann nur aus der kinetischen Energie der Elektronen stammen.

Aus einem wie auch immer beschleunigten Einzelelektron wird man wohl aber kein Myon herausbekommen. Die kinetische Energie dieses einzelnen Elektrons kann erst dann in die Ruhemasse eines Myons umgewandelt werden, wenn "etwas passiert".

Interessant wäre z.B. ob man zwei negativ geladene Elektronen so hart aufeinander schießen kann, dass dabei ebenfalls ein Myon-Antimyon-Paar entsteht.

Also die Reaktion:

(e- + e-) --> (e- + e-) + mu- + mu+

D.h. die beiden Elektronen geben kinetische Energie ab und erzeugen so zwei Myonen.
Die Leptonenzahl bleibt dabei erhalten, da das Antimyon mu+ die Leptonzahl -1 kriegt.

Was meinst du, geht so was?

[irony]

Was meinst du, geht so was?

Zumindest kann man auf diese Weise Positronen erzeugen: Und zwar mit einem Linear-Beschleuniger (LINAC = LINear ACcelerator), siehe Bild unten.

Dieser LINAC enthält zwei Beschleunigungsstrecken. Die erste entspricht der eines Elektronen-LINAC, mit der Elektronen auf eine Energie von einigen 100 MeV beschleunigt werden. Dann werden sie auf ein Wolframtarget (den sog. Konverter) geschossen. Aus diesem treten die erzeugten Elektronen und Positronen aus, deren Energie nunmehr etwa 10 MeV beträgt.
Nach dem Konverter ist ein zweiter LINAC installiert, der den Konverter als eine Art "Positronenkathode" benutzt und dessen beschleunigenden elektrischen Felder im Vergleich zur ersten Strecke entgegengesetzt gerichtet sind. Die positiv geladenen Positronen werden beschleunigt, während die Elektronen abgebremst werden. Am Ende des Beschleunigers stehen somit ausschließlich Positronen zur Verfügung.

Quelle: http://www.solstice.de

Scheint eine saubere Sache zu sein, d.h. man kann so einen Positronenstrahl erzeugen.

[Mondkalb]

Wie entstehen die besonders schweren chemischen Elemente? Bisher ging man davon aus, dass das bei Supernova-Explosionen geschieht.
Physiker haben jetzt in aufwändigen Simulationen gezeigt, dass die Verschmelzung von Neutronensternen die wahre Brutstätte für die schwersten Elemente sein könnte:
Elemententstehung: Neutronensterne als Elementschmiede

[Spocky]

Verschmelzungen von Neutronensternen sind zu selten, um schwere Elemente in ausreichender Menge herzustellen, Außerdem hab ich an der Theorie so meine Zweifel, denn immerhin sind Neutronensterne ja quasi selbst riesige Atomkerne, nur eben ohne Protonen, also müssten sich erst wieder Neutronen aufspalten in Protonen uind Elektronen.

Weiterhin gehe ich davon aus, dass die meisten Neutronensternkollisionen zu einem Schwarzen Loch führen, aus dem dann gar nichts mehr rauskommt.

[Mondkalb]

Offensichtlich hat man das aber abgeschätzt:

Kombiniert man das Ergebnis der Modellrechnungen mit der geschätzten Zahl von Neutronensternkollisionen, die in der Milchstraße stattgefunden haben, so bestätigt sich, dass solche Ereignisse tatsächlich die Hauptquellen der schwersten chemischen Elemente im Universum sein können.

[Halman]

Offensichtlich hat man das aber abgeschätzt: ...

Sind damit Elemente jenseits von Eisen gemeint? Also bspw. Blei, Gold, Platin und Uran? Dies würde ja bedeuten, dass in dem planetaren Nebel, aus dem sich unser Sonnensystem bildete, Elemente aus einer Neutronensternkollision enthalten war.

[McWire]

Sind damit Elemente jenseits von Eisen gemeint? Also bspw. Blei, Gold, Platin und Uran? Dies würde ja bedeuten, dass in dem planetaren Nebel, aus dem sich unser Sonnensystem bildete, Elemente aus einer Neutronensternkollision enthalten war.

Damit sind wohl die Nuklide mit der Atommasse über 200 gemeint, also Platin, Gold, Blei, Quecksilber und Uran, wie du schon aufgezählt hast.

[Mondkalb]

Nachdem am CERN ja schon starke Hinweise auf das Higgs-Boson vermeldet worden waren, finden auch die Physiker in den Daten des stillgelegten Tevatron ein ähnliches Ergebnis:
Physiker am stillgelegten Tevatron finden Higgs-Hinweis - CERN - derStandard.at ? Wissenschaft

[irony]

Nachdem am CERN ja schon starke Hinweise auf das Higgs-Boson vermeldet worden waren, finden auch die Physiker in den Daten des stillgelegten Tevatron ein ähnliches Ergebnis:

Ich hatte ja eigentlich gedacht, dass es den Physiker am liebsten wären, dass sie nichts finden würden und nochmal irgendwie neu anfangen müssten. So kommt die Forschung ja irgendwie an einen Punkt, an dem wirklich Neues ausbleibt, wenn das Standardmodell mehr oder weniger bestätigt wird. Womöglich wird die Entdeckung des Higgs-Boson nicht mal groß gefeiert, sondern eher betrauert.

[Mondkalb]

Galube ich eigentlich nicht. Selbst mit einer Bestätigung des Higgs-Teilchens wäre das Standardmodell ja immer noch unvollständig und hat auch sonst einige Schwächen.
Es bleben genug offene Fragen, deren Beantwortung immer noch die eine oder andere Überraschung bergen kann.

[irony]

Das Aufspüren des Higgs-Bosons ("Gottesteilchen") war aber ein öffentlichkeitswirksames Prestigeprojekt. Mit weniger prestigeträchtigen Forschungen kann man nicht mehr die Milliardengelder für die Forschung einwerben. Was bleibt da noch an offenen Fragen, die auch die Öffentlichkeit und nicht bloß die Physiker interessieren?