dunkle Materie und eine mögliche Quelle!?

[Halman]

Existiert Dunkle Materie?

@McWire

In der Absicht einen Beleg für die Existens von Dunkler Materie zu suchen, bin ich auf einen interessanten Artikel gestoßen, in dem Deine Zweifel bezüglich der Existens Dunkler Materie gestützt werden.
Indiz gegen Dunkle Materie? - Wissenschaft aktuell

... Für die untersuchten 47 Sternsysteme findet der Forscher eine starke Korrelation der Galaxienmasse mit der Rotation in den Außenbereichen. Das Entscheidende an McGaughs Arbeit sei nicht, dass sie einen Beweis für MOND liefere, betont der Astrophysiker Jerry Sellwood von der Rutgers University in New Jersey in der Online-Ausgabe von "Science", sondern das sie auf ein Phänomen hinweist, das sich mit Dunkler Materie nicht erklären lässt.

Im folgenden Artikel wird dementegegen über einen ersten direkten Nachweis Dunkler Materie berichtet:

... Da Dunkle Materie mit nichts reagiert, blieb es vom Zusammenstoß unbeeindruckt und blieb bei den Galaxienhaufen, wo es sich durch den Gravitationslinseneffekt verrät. Die Hauptmasse der Galaxienhaufen wanderte also mit, während das massereiche Gas aus normaler Materie abgebremst wurde. Dieses Phänomen läßt sich durch alternative Gravitationstheorien nicht mehr erklären und zeigt, dass die Dunkle Materie tatsächlich existiert und nicht nur ein Hirngespinst theoretischer Physiker ist.

[Spocky]

Besteht ein Großteil der DM aus Gravitinos? Diese Theorie wurde an der Universität Oslo entwickelt. Wenn es diese supersymmetrischen Partner der Gravitonen wirklich existieren sollten, dann würde es auch gleichzeitig die Existenz von Gravitonen belegen.

Revolutionary theory of dark matter

[Mondkalb]

Das klingt interessant. Wenn es zuträfe, würde es eine Erklärung für die dunkle Materie bieten und gleichzeitig die SuSy-Theorie beflügeln. Zwei Fliegen mit einer Klappe.

Es scheint aber nicht so wahnsinnig neu zu sein, im Wikipedia-Artikel finden sich dazu auch schon ein paar Angaben:
Gravitino - Wikipedia, the free encyclopedia

[Spocky]

Dass das Graviton, wenn es denn real ist, einen supersymmetrischen Partner haben muss, das ist klar, weil das auf alle Teilchen zutrifft. Deshalb existiert a auch der Name bereits in Anlehnung daran.

Was die Osloer jetzt getan haben ist, dass sie eine Theorie aufgestellt haben, die darauf schließt, dass die DM hauptsächlich daraus bestehen soll.

[Mondkalb]

Was die Osloer jetzt getan haben ist, dass sie eine Theorie aufgestellt haben, die darauf schließt, dass die DM hauptsächlich daraus bestehen soll.

Naja, aber genau das ist in dem Wikipedia-Artikel ja auch schon als Opition enthalten.

[Halman]

Dass das Graviton, wenn es denn real ist, einen supersymmetrischen Partner haben muss, das ist klar, weil das auf alle Teilchen zutrifft. Deshalb existiert a auch der Name bereits in Anlehnung daran.

Handelt es sich bei Gravitonen nicht um virtuelle Teilchen? Müssten dann nicht auch ihre supersymmetrischen Partner, die Gravitinos, nicht ebenfalls virtuell, sein?

Kann denn Dunkle Materie zum größten Teil aus solchen nicht-reellen Teilchen, also Fluktuationen des Gravitationsfeldes, bestehen?

Aber hier betrete ich Neuland.

[Bynaus]

Handelt es sich bei Gravitonen nicht um virtuelle Teilchen?

Ich bin jetzt kein Experte, aber ich vermute, dass es alle Teilchen sowohl in der Geschmacksart "virtuell" als auch "real" gibt. Das heisst, es gibt auch virtuelle Photonen, W- und Z-Bosonen etc. Als "virtuell" werden einfach diese bezeichnet, die spontan aus dem Quantenvakuum poppen und gleich wieder dorthin verschwinden.

[Agent Scullie]

Dass das Graviton, wenn es denn real ist, einen supersymmetrischen Partner haben muss, das ist klar, weil das auf alle Teilchen zutrifft.

nur wenn man nach der Theorie der Supersymmetrie geht. Die ist aber weit davon entfernt, eine gesicherte Erkenntnis zu sein. Bislang hat man noch für kein einziges Teilchen das supersymmetrische Partnerteilchen gefunden. Das spricht nicht gerade für die Supersymmetrie.

- - - Aktualisiert - - -

Handelt es sich bei Gravitonen nicht um virtuelle Teilchen?

wenn in einer Theorie der Quantengravitation Feynman-Diagramme auftreten, in denen Gravitonen als innere Linien vorkommen, sind die als innere Linien vorkommenden Gravitonen virtuell, ganz recht.

Müssten dann nicht auch ihre supersymmetrischen Partner, die Gravitinos, nicht ebenfalls virtuell, sein?

wenn die betreffende Theorie der Quantengravitation supersymmetrisch ist, und daher neben Feynman-Diagrammen mit inneren Gravitonen-Linien auch Diagramme mit inneren Gravitino-Linien enthält, dann sind die als innere Gravitino-Linien auftretenden Gravitinos selbstverständlich ebenfalls virtuell.

Kann denn Dunkle Materie zum größten Teil aus solchen nicht-reellen Teilchen, also Fluktuationen des Gravitationsfeldes, bestehen?

wenn du jetzt noch verraten könntest, was Fluktuationen des Gravitationsfeldes mit "nicht-reellen" Teilchen zu tun haben sollen?

Man könnte zwar jetzt vermuten, dass du hier in eine solche Richtung gehenden Darstellungen aus diversen populärwissenschaftlichen Quellen zitierst. Das kann es aber eigentlich nicht sein, da ich dich bereits mehrfach über den Wahrheitsgehalt solcher Darstellungen unterrichtet habe.

- - - Aktualisiert - - -

Als "virtuell" werden einfach diese bezeichnet, die spontan aus dem Quantenvakuum poppen und gleich wieder dorthin verschwinden.

jedenfalls wenn man einer Reihe von stark popularisierten Quellen Glauben schenkt. Allerdings darf man dies nicht tun. Jedenfalls nicht wenn man korrekt informiert werden will. Korrekt im Sinne von in Übereinstimmung mit dem, was die in solchen Quellen angeblich dargestellte Theorie, die Quantenfeldtheorie, aussagt.

So gibt es in der QFT keine Teilchen, die spotan aus dem Quantenvakuum poppen und gleich wieder dorthin verschwinden würden. Es gibt Feldfluktuationen, bei denen poppen aber keine Teilchen aus dem Quantenvakuum. Vielmehr ist da einfach nur die Feldstärke eines Feldes unscharf (ähnlich wie in der Quantenmechanik die Position eines Teilchens).

Virtuelle Teilchen gibt es in der QFT nicht in Zusammenhang mit Feldfluktuationen, sondern nur in Zusammenhang mit Wechselwirkungen zwischen Feldern, z.B. zwischen dem EM-Feld und dem Elektronenfeld. Wenn man Prozesse, an denen solche Wechselwirkungen beteiligt sind, mit den Mitteln der Störungsrechnung beschreibt, gelangt man zur sog. S-Matrix, in der mathematische Ausdrücke, sog. Propagatoren, auftreten, die aufgrund einer Rechentricks, insbesondere der Verwendung des Wechselwirkungsbildes, Ähnlichkeit mit Ausdrücken haben, die bei wechselwirkungsfreien Feldern die Wanderung von Feldquanten des jeweiligen Feldes beschreiben.

Nimm als Beispiel die Möller-Streuung, bei der zwei Elektronen aufgrund ihrer elektrischen Ladung unter Vermittlung des EM-Feldes aneinander gestreut werden. In niedrigster Ordnung Störungsrechnung ist diesem Streuprozess ein Term der S-Matrix zugeordnet, der den Propagator des EM-Feldes enthält. Dafür hat man die Sprechweise eingeführt, dass die beiden Elektronen ein virtuelles Photon austauschen würden. Im zugehörigen Feynman-Diagramm findet sich dann eine innere Photonen-Linie, die in den beiden Vertices des Diagramms mit den beiden einlaufenden und den beiden auslaufenden äußeren Elektronen-Linien zusammenläuft.

Das Konzept des virtuellen Teilchens kennt die QFT also nur in Verbindung mit dem Austausch eines virtuellen Teilchens, der eine (für den Laien irritierende) Umschreibung für die Vermittlung einer Wechselwirkung durch ein Feld ist. Ein davon unabhängiges Konzept für virtuelle Teilchen gibt es in der QFT nicht. Und das Konzept des Austausches eines virtuellen Teilchens gibt es auch nur im Rahmen der Störungsrechnung. In nicht-störungstheoretischen Ansätzen zur mathematischen Behandlung der QFT, etwa der Gitter-Eichtheorie, kommt der Begriff des virtuellen Teilchens überhaupt nicht vor.

[Halman]

nur wenn man nach der Theorie der Supersymmetrie geht. Die ist aber weit davon entfernt, eine gesicherte Erkenntnis zu sein. Bislang hat man noch für kein einziges Teilchen das supersymmetrische Partnerteilchen gefunden. Das spricht nicht gerade für die Supersymmetrie.

- dies sehe ich auch so. Dagegen könnte man einwenden, dass die ästhetische Harmonie der Supersymmetrie für die Superstringtheorie spricht.

wenn in einer Theorie der Quantengravitation Feynman-Diagramme auftreten, in denen Gravitonen als innere Linien vorkommen, sind die als innere Linien vorkommenden Gravitonen virtuell, ganz recht.

wenn die betreffende Theorie der Quantengravitation supersymmetrisch ist, und daher neben Feynman-Diagrammen mit inneren Gravitonen-Linien auch Diagramme mit inneren Gravitino-Linien enthält, dann sind die als innere Gravitino-Linien auftretenden Gravitinos selbstverständlich ebenfalls virtuell.

Darf ich das so deuten, dass es keine Theorie gibts, in denen Gravitonen und Gravitinos als äußere Linien in Feynman-Diagrammen und somit als reelle Teilchen auftreten? Davon gehe ich jedenfalls aus, lasse mich aber gern eines Besseren belehren.

wenn du jetzt noch verraten könntest, was Fluktuationen des Gravitationsfeldes mit "nicht-reellen" Teilchen zu tun haben sollen?

Nun, damit spielte ich auf die Vakuumfluktuationen der QFT an und wollte zum Ausdruck bringen, dass virtuelle Teilchen als quantisierte Größen in physikalischen Gleichungen und Feynman-Diagrammen auftreten, aber keinesfalls als reale Teilchen zu interpretieren sind. Vielmehr versuche ich darin Wechselwirkungen der Quantenfelder zu verstehen, welche so in quantisierter Form auftreten, dass es sich in den Diagrammen und Gleichungen um scheinbare Teilchen handelt, welche gar nicht wirklich existieren.

Was hälst Du eigentlich von der Erklärung in Wikipedia (Insbesondere interessiert mich, wass Du von der Diskussion hälst )

Man könnte zwar jetzt vermuten, dass du hier in eine solche Richtung gehenden Darstellungen aus diversen populärwissenschaftlichen Quellen zitierst. Das kann es aber eigentlich nicht sein, da ich dich bereits mehrfach über den Wahrheitsgehalt solcher Darstellungen unterrichtet habe.

Da habe ich mich vermutlich unglücklich ausgedrückt. Offengestanden überfordert mich bereits die Quantenmechanik (und damit meine ich nur das Grundlagenverständnis, kein fundiertes Fachwissen), wie Dir sicher schon aufgefallen ist. Um wieviel mehr dann erst die Quantenfeldtheorie?
Bezüglich der Fragestellung gab ja hier sogar ein schweizer Fachkollege von Dir hier zu, diesbezüglich kein Experte zu sein. Davon bin ich aber noch viel weiter entfernt als Bynaus.

Aus Deinen anspruchsvollen Unterichtungen, von denen ich zugebendermaßen nicht alles verstehe, habe ich entnommen, dass virtuelle Teilchen mathematische Größen sind, bei denen es sich um WW der beteiligten Quantenfelder handelt.

Allerdings habe ich auch mal gelesen, dass reelle Teilchen wie Schwingungen auf einer Seite beschrieben werden können, wohingegen die Quantenfelder mit der Seite vergleichbar wären. Die Teilchen wären also nur Anregungen der Felder.
Dies erinnerte mich an eine Aussage von Dir, die gem. meinen Gedächnis lautete, dass die Quantenfelder primär sind und die Teilchen sekundär.

Wo ist denn hier der entscheidene Unterschied zwischen den einen Anregungen, die reale Teilchen repräsentieren, und den anderen WW, die eben nicht als reale Teilchen existieren? Die quantisieren WW der Quantenfelder besitzen doch physikalische Realität.
Dies verwirrt mich ziemlich.

[Agent Scullie]

Darf ich das so deuten, dass es keine Theorie gibts, in denen Gravitonen und Gravitinos als äußere Linien in Feynman-Diagrammen und somit als reelle Teilchen auftreten?

eine vollständige Theorie der Quantengravitation gibt es noch nicht. Allerdings gibt es Ansätze zu dieser wie etwa die Superstringtheorie. In der gibt es Gravitonen und Gravitinos - und beide dürfen als innere wie auch als äußere Linien auftreten. Als Beispiel für Feynman-Diagramme mit äußeren Gravitonenlinien seien die Streuung zweier Gravitationswellen genannt.

Nun, damit spielte ich auf die Vakuumfluktuationen der QFT an und wollte zum Ausdruck bringen, dass virtuelle Teilchen als quantisierte Größen in physikalischen Gleichungen und Feynman-Diagrammen auftreten, aber keinesfalls als reale Teilchen zu interpretieren sind.

das beantwortet meine Frage nicht.

Was hälst Du eigentlich von der Erklärung in Wikipedia (Insbesondere interessiert mich, wass Du von der Diskussion hälst )

in welcher Hinsicht?

Da habe ich mich vermutlich unglücklich ausgedrückt. Offengestanden überfordert mich bereits die Quantenmechanik (und damit meine ich nur das Grundlagenverständnis, kein fundiertes Fachwissen), wie Dir sicher schon aufgefallen ist. Um wieviel mehr dann erst die Quantenfeldtheorie?
Bezüglich der Fragestellung gab ja hier sogar ein schweizer Fachkollege von Dir hier zu, diesbezüglich kein Experte zu sein. Davon bin ich aber noch viel weiter entfernt als Bynaus.

Aus Deinen anspruchsvollen Unterichtungen, von denen ich zugebendermaßen nicht alles verstehe, habe ich entnommen, dass virtuelle Teilchen mathematische Größen sind, bei denen es sich um WW der beteiligten Quantenfelder handelt.

Allerdings habe ich auch mal gelesen, dass reelle Teilchen wie Schwingungen auf einer Seite beschrieben werden können, wohingegen die Quantenfelder mit der Seite vergleichbar wären. Die Teilchen wären also nur Anregungen der Felder.
Dies erinnerte mich an eine Aussage von Dir, die gem. meinen Gedächnis lautete, dass die Quantenfelder primär sind und die Teilchen sekundär.

Wo ist denn hier der entscheidene Unterschied zwischen den einen Anregungen, die reale Teilchen repräsentieren, und den anderen WW, die eben nicht als reale Teilchen existieren?

ich verstehe die Frage nicht. Welche "anderen WW"? Andere als welche? Andere als die Anregungen? Anregungen sind keine WW, die Frage wäre damit sinnleer.

Die quantisieren WW der Quantenfelder besitzen doch physikalische Realität.

ja und?

[Halman]

Abgrenzung realen Teilchen und virtuellen Teilchen: Was ist der Unterschied?

eine vollständige Theorie der Quantengravitation gibt es noch nicht. Allerdings gibt es Ansätze zu dieser wie etwa die Superstringtheorie. In der gibt es Gravitonen und Gravitinos - und beide dürfen als innere wie auch als äußere Linien auftreten. Als Beispiel für Feynman-Diagramme mit äußeren Gravitonenlinien seien die Streuung zweier Gravitationswellen genannt.

Sofern ich dies recht verstehe, bedeutet dies ja, dass in der Superstringtheorie Gravitinos auch als reale Teilchen auftreten. Könnten diese dann nicht theorerisch mit dem Higgsfeld wechselwirken und so Masse besitzen? (Oder sollen sie einfach so Masse aufweisen?)

Wobei mir das recht spekulativ erscheint.

das beantwortet meine Frage nicht.

Nun, ich ging von der Prämisse aus, dass Gravitonen und Gravitinos virtuelle Teilchen sind. Irrtümlich nahm ich an, dass bei Vakuumfluktuationen ebenfalls virtuelle Teilchen auftauchen.
Da hatte ich wohl Frank Wilczek fehlinterpretiert.

Zitat von Frank Wilczek:
"Virtuelle Teilchen sind spontane Fluktuationen eines Quantenfeldes. Reale Teilchen sind Anregungen eines Quantenfeldes mit einer für Beobachtung brauchbaren Beständigkeit. Virtuelle Teilchen sind Transienten, die in unseren Gleichungen erscheinen, nicht aber in Messgeräten. Durch Energiezufuhr können spontane Fluktuationen über einen Schwellwert verstärkt werden, was bewirkt, dass (eigentlich sonst) virtuelle Teilchen zu realen Teilchen werden.

(Hervorhebung von mir.)

QUELLE

Da demnach virtuelle Teilchen als Fluktuationen von Quantenfeldern definiert werden, nahm ich irrtümlich an, dass dies auch für die Vakuumfluktuationen gelte. Ferner ging ich davon aus, dass Gravitonen und Gravitinos als Fluktuationen des Gravitationsfeldes aufzufassen seien.

Die Antwort auf Deine Frage lautet also: Gravitonen und Gravitinos sind virtuelle Teilchen und damit handelt es sich um Fluktuationen des Gravitationsfeldes. Diese quantisierten Größen stellen keine real existierenden Teilchen dar.
Allerdings behaupte ich nicht, dass diese Antwort richtig sei. Wie ich inzwischen gelernt habe, können diese Teilchen in der Superstringtheorie auch als reale Teilchen auftreten - eine Überraschung für mich.

Wie Du sicher weiß, bin ich auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorie weit davon entfernt, standfest zu sein. Als ich seinerzeit meinen Quantenthread ins Leben rief, tat ich dies auch in der Hoffnung, mehr über die Quantenfelder zu erfahren, da ich der Überzeugung war und bin, dass diese von fundamentaler Bedeutung sind. Leider verstehe ich sie bis heute nicht einmal in ihren Grundzügen (und dies würde mir schon genügen).
Noch schwieriger wird es für mich auf dem Gebiet der Quantengravitation, zu der uns Spocky mit der für mich überraschenden These der Universität Oslo führte, gem. der Gravitinos möglicherweise ein Kandidat für die Dunkle Materie seien.
Wie Dir sicher bekannt ist, empfinde ich die Quantengravitation als ein "unbekanntes Land der Physik" - daher fällt es mir auch schwer, mich hier zu orientieren, was sich natürlich auch in meinen Postings niederschlägt.

Daher habe ich mal in einer älteren Diskussion reingeschaut und diese aufschlussreiche Erkärung von Dir gefunden:

... virtuelle Teilchen treten nur bei Wechselwirkungsprozessen auf, und da auch nur wenn man sich den Rechenhilfsmittels der Störungsrechnung bedient. Vakuumfluktuationen haben mit virtuellen Teilchen überhaupt nichts am Hut, da fluktuieren einfach nur die Feldstärken der Quantenfelder. Die Teilchenzahl ist dabei null - Teilchen sind in der Quantenfeldtheorie als Anregungen von Feldern definiert, im Vakuumzustand sind die Felder aber nicht angeregt, auch wenn die Fluktuationen der Feldstärke nicht verschwinden.

(Hervorhebung von mir.)

Irrigerweise nahm ich an, dass die Teilchenzahl aufgrund der Unschärfe niemals 0 sein kann. Offenbar habe ich mich da gründlich geirrt.
In einem perfektem Vakuum gibt es weder Teilchen, noch Wechselwirkungen. Daher können bei Vakuumfluktuationen auch keine virtuellen Teilchen beteiligt sein, da diese Vermittlungsteilchen von Wechselwirkungen sind.
Sofern ich Deine Erkärung richtig verstehe, bezieht sich hier die Unschärfe auf die Felder selbst, wodurch es zu den spontanen Vakuumfluktuationen kommt, d.h. dass die Feldstärken der Quantenfelder niemals scharf 0 sein können.

Wo liegt der Unterschied zwischen Fluktuationen der Feldstärke und virtuellen Teilchen? Denn laut Frank Wilczek sind virtuelle Teilchen "... spontane Fluktuationen eines Quantenfeldes. ..."

in welcher Hinsicht?

Nun, da möchte ich einige Aussagen aus Wikipedia herausgreifen. Zu den Vakuumfluktuationen wird dort im letzten Absatz unter dem Unterpunkt Definition folgendes ausgesagt:

Im Kontext der Vakuumfluktuationen werden Feynman-Diagramme ohne äußere Linien betrachtet, in denen also Teilchen aus dem Vakuum entstehen und wieder zerfallen und so zur Vakuumenergie beitragen. Hier treten ausschließlich virtuelle Teilchen auf.

Nun bin ich komplett

Ferner irritiert mich, dass unter dem Punkt Eigenschaften ausgesagt wird ...

Ein wesentlicher Unterschied zu den (real beobachtbaren) ein- oder auslaufenden Teilchen ist, dass virtuelle Teilchen keine definierte Masse besitzen, ...Daher können z. B. W-Bosonen als virtuelle Teilchen auch in Prozessen niedriger Energie auftreten, wie etwa beim radioaktiven Beta-Zerfall, obwohl sie aufgrund ihrer großen Masse als reale Teilchen erst bei viel höherer Energie produziert werden können.

(Hervorhebung von mir.)

Inwiefern besitzen virtuelle Teilchen denn "keine definierte Masse"? Deiner Ausführung aus der Feynman-Diagramm-Unterdiskussion aus dem Quantenthread entnahm ich, dass ein virtuelles W-Boson eine Masse von 80 GeV hat.

Dementsprechend entsteht auch nicht beim Beta-Zerfall ein W-Boson, das dann zerfällt, sondern es ist einfach das zugehörige Feld am Ablauf des Beta-Zerfalls beteiligt. Zuweilen umschreibt man das auch so, dass virtuelle Teilchen die relativistische Energie-Impuls-Beziehung

E^2 - p^2 = m^2

nicht erfüllen müssen. Deswegen darf ein virtuelles W-Boson eine Masse von 80 GeV haben, obwohl die beteiligten Energien und Impulse viel kleiner sind.

(Hervorhebung von mir.)

Es hat also eine Masse, aber keine definierte Masse? - Daher meine Frage, was Du von den Wikipedia-Artikel hälst.

Auf der Diskussionsseite urteilt ein User recht hart:

Zitat von C.Appel:
Hallo zusammen, ich bin gerade zufaellig auf diese Seite gestossen. Ich muss aber gestehen, dass sich mir als Physiker leider die Haare straeuben. Die Seite enthaelt viel populaerwissenschaftliche Foklore, ist aber leider praktisch komplett falsch. Die einzige korrekte Aussage, die ich gefunden habe, ist der Halbsatz "Genauer ist es ein Teilchen, dessen Viererimpulsquadrat nicht mit dem Quadrat seiner Ruhemasse übereinstimmt". Daher wuerde ich es vorziehen, diese Seite zu entfernen!

Aber offenbar bezog sich der User auf eine ältere Vision des Artikels.

Unter dem Diskussionpunkt Ungeeignet wird ausgesagt:

Ein Virtuelles Teilchen ist eine - leicht mißzuverstehende - Bezeichnung für einen mathematischen Term in den Störungsrechnungen der Quantenfeldtheorie welcher in Form von Feynman-Diagrammen illustriert wird, und auch eine Bezeichnung für die angenommenen kurzlebigen Emanationen der Vakuumenergie.

(Dieses Zitat findest Du, wenn Du in der Leiste ganz nach unten scrollst und dann mit zwei Mausklicks zwei Etappen nach oben klicks.)

Allerdings sind gerade physikalische Wikipedia-Artikel mMn nicht gerade laienfreundlich verfasst.

ich verstehe die Frage nicht. Welche "anderen WW"? Andere als welche? Andere als die Anregungen? Anregungen sind keine WW, die Frage wäre damit sinnleer.

Dann lass mich die Frage neu formulieren: Was ist der Unterschied zwischen einer Anregung und einer spontanen Fluktution? Es besitzen doch beide physikalische Reatität, dennoch repräsentiert die Anregung des Feldes ein reales Teilchen, die spontante Fluktuation hingegen eben nicht.
Da reale Teilchen gem. der QFT als Anregungen von Quantenfeldern definiert werden und virtuelle Teilchen offenbar als spontane Fluktationen von Feldern, habe ich nun Schwierigkeiten, den fundemantalen Unterschied zwischen beiden zu erkennen.
Könnte man so eine Anregung eines Quantenfeldes nicht mit dem Schwingen einer Saite vergleichen? Inwiefern unterscheidet sich die Schwingung denn von einer spontanten Fluktuation der "Saite", abgesehen von der Zeitdauer? Ist es denn falsch, ein virtuelles Teilchen als "spontante Schwingung des Feldes" zu begreifen?
Falls das richtig ist: Was ist denn ein reales Teilchen anderes als eine "Schwingung des Quantenfeldes"?

ja und?

Nun, wenn diese Wechselwirkungen, die man als "virtuelle Teilchen" auffassen kann, physikalische Realität besitzen, was unterschreidet sie dann fundamental von den Anregungen der Felder?

Wenn ich bei der Veranschaulichung mit der Saite bleibe, so scheint mir nur diese Substanz zu besitzen. Sie schwingt kontinuierlich - dann nehmen wir ein Teilchen wahr. Sie schwingt spontan und extrem kurz - dann registrieren wie eine WW und sprechen von einem virtuellen Teilchen, welches nicht real ist.
Aber eigentlich gibt es doch nur das Feld, welches fluktuiert bzw. angeregt ist.

[Agent Scullie]

Sofern ich dies recht verstehe, bedeutet dies ja, dass in der Superstringtheorie Gravitinos auch als reale Teilchen auftreten. Könnten diese dann nicht theorerisch mit dem Higgsfeld wechselwirken und so Masse besitzen? (Oder sollen sie einfach so Masse aufweisen?)

klaro.

Wobei mir das recht spekulativ erscheint.

die Supersymmetrie ist spekulativ, ganz recht.

Nun, ich ging von der Prämisse aus, dass Gravitonen und Gravitinos virtuelle Teilchen sind. Irrtümlich nahm ich an, dass bei Vakuumfluktuationen ebenfalls virtuelle Teilchen auftauchen.

wie ich schon sagte:

Man könnte zwar jetzt vermuten, dass du hier in eine solche Richtung gehenden Darstellungen aus diversen populärwissenschaftlichen Quellen zitierst. Das kann es aber eigentlich nicht sein, da ich dich bereits mehrfach über den Wahrheitsgehalt solcher Darstellungen unterrichtet habe.

Da hatte ich wohl Frank Wilczek fehlinterpretiert.

du hast ihn wohl eher richtig interpretiert, und er hat einfach nur dummes Zeug erzählt.

Da demnach virtuelle Teilchen als Fluktuationen von Quantenfeldern definiert werden, nahm ich irrtümlich an, dass dies auch für die Vakuumfluktuationen gelte. Ferner ging ich davon aus, dass Gravitonen und Gravitinos als Fluktuationen des Gravitationsfeldes aufzufassen seien.

Die Antwort auf Deine Frage lautet also: [B]Gravitonen und Gravitinos sind virtuelle Teilchen und damit handelt es sich um Fluktuationen des Gravitationsfeldes.

gut, dann ist deine Antwort falsch. Und wie ich schon sagte:

Man könnte zwar jetzt vermuten, dass du hier in eine solche Richtung gehenden Darstellungen aus diversen populärwissenschaftlichen Quellen zitierst. Das kann es aber eigentlich nicht sein, da ich dich bereits mehrfach über den Wahrheitsgehalt solcher Darstellungen unterrichtet habe.

Allerdings behaupte ich nicht, dass diese Antwort richtig sei.

warum gibst du sie dann?

In einem perfektem Vakuum gibt es weder Teilchen, noch Wechselwirkungen.

oh, Wechselwirkungen kann es durchaus geben, nämlich zwischen den Vakuumfluktuationen der unterschiedlichen Felder. Im Feynman-Diagramm sieht das dann so aus, dass nur innere Linien, also nur virtuelle Teilchen, auftreten, aber keine äußeren.

Daher können bei Vakuumfluktuationen auch keine virtuellen Teilchen beteiligt sein, da diese Vermittlungsteilchen von Wechselwirkungen sind.

bei den Vakuumfluktuationen selbst nicht, bei den Wechselwirkungen zwischen ihnen schon. Zum Beispiel gibt es ein Feynman-Diagramm mit zwei Vertices, zwischen denen eine innere Photonenlinie, eine innere Elektronenlinie und eine innere Positronenlinie verlaufen. Dieses Diagramm symbolisiert die Wechselwirkung zwischen den Vakuumfluktuationen des EM-Feldes und des Elektronenfeldes.

Sofern ich Deine Erkärung richtig verstehe, bezieht sich hier die Unschärfe auf die Felder selbst, wodurch es zu den spontanen Vakuumfluktuationen kommt, d.h. dass die Feldstärken der Quantenfelder niemals scharf 0 sein können.

den Terminus "spontane Vakuumflukationen" kennt die QFT nicht. Sie kennt einfach Vakuumflukationen. An denen ist nichts, was spontan oder unspontan sein könnte.

Wo liegt der Unterschied zwischen Fluktuationen der Feldstärke und virtuellen Teilchen?

Fluktuationen der Feldstärke bedeuten, dass die Feldstärke keinen scharfen Wert hat, virtuelle Teilchen entsprechen einer Wechselwirkungsvermittlung durch das jeweilige Feld.

Denn laut Frank Wilczek sind virtuelle Teilchen "... spontane Fluktuationen eines Quantenfeldes. ..."

dann hat er wohl unrecht. Während es bei Fluktuationen nicht in sinnvoller Weise möglich ist, sie als spontan oder unspontan einzustufen, kann man bei Wechselwirkungen definitiv sagen, dass sie nicht spontan sind.

Nun, da möchte ich einige Aussagen aus Wikipedia herausgreifen. Zu den Vakuumfluktuationen wird dort im letzten Absatz unter dem Unterpunkt Definition folgendes ausgesagt:

das betrifft Vakuum-Diagramme. Die beschreiben nicht die Vakuumfluktuationen selbst, sondern die Wechselwirkungen zwischen ihnen.

Ferner irritiert mich, dass unter dem Punkt Eigenschaften ausgesagt wird ...

(Hervorhebung von mir.)

Inwiefern besitzen virtuelle Teilchen denn "keine definierte Masse"?

Nach der von dir mitzitierten Erläuterung ist damit offenbar dasselbe wie das hier:

Deiner Ausführung aus der Feynman-Diagramm-Unterdiskussion aus dem Quantenthread entnahm ich, dass ein virtuelles W-Boson eine Masse von 80 GeV hat.

gemeint.

Dann lass mich die Frage neu formulieren: Was ist der Unterschied zwischen einer Anregung und einer spontanen Fluktution?

den Terminus "spontane Fluktuation" gibt es in der QFT nicht. Es gibt Fluktuationen, die sind aber weder spontan oder unspontan, noch lässt sich von ihnen die Einzahl im Sinne einer einzelnen, abgrenzbaren Fluktuation bilden. Fluktuationen der Feldstärke bedeuten einfach, dass der genaue Wert der Feldstärke unbestimmt ist. Eine Anregung ist demgegenüber ein angeregter Zustand. Die Amplitude der Feldschwingungen ist in einem angeregten Zustand größer als im Grundzustand (Vakuumzustand). Sowohl in einem angeregten Zustand als auch im Grundzustand ist aber der genaue Wert der Feldstärke unbestimmt, d.h. die Feldstärke fluktuiert, oder anders: es sind Feldfluktuationen vorhanden.

Es besitzen doch beide physikalische Reatität,

Äpfel und Birnen sind auch beide Realität, sind trotzdem nicht dasselbe.

dennoch repräsentiert die Anregung des Feldes ein reales Teilchen, die spontante Fluktuation hingegen eben nicht.

"die spontane Fluktuation" gibt es nicht.

Da reale Teilchen gem. der QFT als Anregungen von Quantenfeldern definiert werden und virtuelle Teilchen offenbar als spontane Fluktationen von Feldern, habe ich nun Schwierigkeiten, den fundemantalen Unterschied zwischen beiden zu erkennen.

deine Prämissenmenge ist falsch. Virtuelle Teilchen werden nicht als spontane Fluktuationen von Feldern definiert.

Könnte man so eine Anregung eines Quantenfeldes nicht mit dem Schwingen einer Saite vergleichen? Inwiefern unterscheidet sich die Schwingung denn von einer spontanten Fluktuation der "Saite", abgesehen von der Zeitdauer? Ist es denn falsch, ein virtuelles Teilchen als "spontante Schwingung des Feldes" zu begreifen?

mit den Schwingungen einer Saiten vergleichen lassen sich nur freie Felder, also Felder ohne Wechselwirkung mit anderen Feldern, beim EM-Feld z.B. das freie Strahlungsfeld. Wenn Felder mit anderen Feldern wechselwirken, z.B. das EM-Feld mit ladungstragenden Materiefeldern wie dem Elektronenfeld, ist das Bild der schwingenden Saite nicht mehr passend.

Nur Anfangs- und Endzustände von Wechselwirkungsprozessen lassen sich dann mit dem Bild der schwingenden Saite beschreiben. Das ist gerade die Herangehensweise der Störungsrechnung.

Falls das richtig ist: Was ist denn ein reales Teilchen anderes als eine "Schwingung des Quantenfeldes"?

nichts.

Nun, wenn diese Wechselwirkungen, die man als "virtuelle Teilchen" auffassen kann, physikalische Realität besitzen, was unterschreidet sie dann fundamental von den Anregungen der Felder?

Wechselwirkungen sind Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Feldern, z.B. EM-Feld <-> Elektronenfeld. Anregungen sind angeregte Zustände asymptotisch freier Felder, d.h. von Feldern, die näherungsweise als wechselwirkungsfrei betrachtet werden können.

Wenn ich bei der Veranschaulichung mit der Saite bleibe, so scheint mir nur diese Substanz zu besitzen. Sie schwingt kontinuierlich - dann nehmen wir ein Teilchen wahr. Sie schwingt spontan und extrem kurz - dann registrieren wie eine WW und sprechen von einem virtuellen Teilchen, welches nicht real ist.

zunächst einmal ist das Bild der schwingenden Saite nur in Abwesenheit von Wechselwirkungen zutreffend. Den Fall, dass die Saite nur kurz schwingt und dann aufhört zu schwingen, kann es nicht geben, da auch im Grundzustand Fluktuationen vorhanden sind, die Saite also auch im Grundzustand schwingt. Was wohl passieren kann, ist, dass die Saite für einen kurzen Zeitraum in einen angeregten Zustand übergeht, also stärker schwingt als im Grundzustand. Für diesen Zeitraum ist dann ein (reales) Teilchen vorhanden. Allerdings ist der Übergang aus dem Grundzustand in diesen angeregten Zustand nicht spontan, er kann nur durch eine Wechselwirkung mit einem anderen Feld verursacht werden. Für den Zeitraum dieser Wechselwirkung ist das Bild der schwingenden Saite nicht anwendbar, da das Feld dann nicht asymptotisch frei ist. Erst nach Abklingen der Wechselwirkung ist es wieder anwendbar. Wenn der angeregte Zustand aber nur kurze Zeit Bestand haben soll, muss alsbald eine weitere Wechselwirkung her, die den Übergang zurück in den Grundzustand auslöst. Während die aktiv ist, ist das Bild der schwingenden Saite abermals nicht anwendbar.

Am Anfang und am Ende des kurzen Vorhandenseins der Anregung registrieren wir also eine WW.

Aber eigentlich gibt es doch nur das Feld, welches fluktuiert bzw. angeregt ist.

in der Tat.

[Mondkalb]

Teures Experiment hat möglicherweise Nachweis für dunkle Materie erbracht:
Have we found dark matter? Scientist leading $2bn space experiment says results set for release | Mail Online

Andererseits hat auch die MOND-Theorie mal wieder einen Punkt für sich verbucht:
Dunkle Materie: Alternativtheorie besteht Zwerggalaxientest

[Hades]

Andererseits hat auch die MOND-Theorie mal wieder einen Punkt für sich verbucht:
Dunkle Materie: Alternativtheorie besteht Zwerggalaxientest

Mir persönlich gefällt ja die DM Theorie lieber, aber ich bin der MOND nicht verschlossen. Aber kann diese eigentlich auch den Bullet-Cluster erklären?

[Spocky]

Ich hab zu Mondkalbs Posting auch noch einen passenden Artikel gefunden:
Has Dark Matter Finally Been Found? Big News Soon | Space.com

Was genau die DM sein soll, wird da nicht gesagt, das soll wohl bis zur Veröffentlichung des Papers geheim bleiben, aber man kann nachlesen, wie wohl der Nachweis gelungen ist.