Warum gibt es Myonen ?

[Mondkalb]

Möglicherweise liefern jetzt Myonen einen Hinweis auf eine Lücke im Standardmodell der Teilchenphysik:
Teilchenphysik: Hinweis auf Lücke im Standardmodell

[Mondkalb]

Es könnten ja andere Gase in die Athmosphäre bilden. Ich weiß ja auch nicht, wie es wirklich aussähe.
AUf jeden Fall wäre das ein Thema, das mal die kompetenten Leute mit ein paar Supercomputern unter die Lupe nehmen sollten. Fände ich sehr aufregend.

[McWire]

Ich lese gerade die Bücher von Brian Greene nochmal, diesmal in Englisch auf dem Kindle.

Dabei kam mir folgender Gedanke:
Wenn in einem Universum die elektromagnetische Kraft nur ein klein wenig größer oder kleiner wäre und die Massen von Proton, Neutron und Elektron auch ein klein wenig anders, könnte das ein Universum ergeben, das auf den ersten Blick so aussieht wie unseres.
Wäre es dann nicht möglich, dass durch die kleinen Abweichungen sich die chemischen Eigenschaften der Elemente verändern? Es wäre faszinierend, das zu untersuchen. Vielleicht würde sich Wasser ganz anders verhalten und hätte nicht die seltsame Anomalität, die wir beobachten. Vielleicht wären manche Gase schon/noch bei gemäßigten Temperaturen fllüssig und könnten als Lösungsmittel dienen. Es gäbe vielleicht eine ganz andere Chemie und ganz andere Möglichkeiten, für Leben sich zu entfalten.
Oder das Silizium könnte sich mehr wie Kohlenstoff verhalten und komplexere Verbindungen bilden ...

Widerspricht das eine nicht dem anderen?

Wenn das Universum unserem in Sachen Aussehen identisch ist, dann muss auch die Materie identische Eigenschaften haben. Ohne die Anomalie des Wassers oder ohne die Phasenübergänge der einzelnen Stoffe würden die Planeten andere Farben und Eigenschaften haben. Eine Atmosphäre wäre beispielsweise schwer herzustellen, wenn die Gase bei zu hohen Temperaturen flüssig werden.

Aber interessantes SF-Thema wäre es allemal.

[Mondkalb]

Ich lese gerade die Bücher von Brian Greene nochmal, diesmal in Englisch auf dem Kindle.

Dabei kam mir folgender Gedanke:
Wenn in einem Universum die elektromagnetische Kraft nur ein klein wenig größer oder kleiner wäre und die Massen von Proton, Neutron und Elektron auch ein klein wenig anders, könnte das ein Universum ergeben, das auf den ersten Blick so aussieht wie unseres.
Wäre es dann nicht möglich, dass durch die kleinen Abweichungen sich die chemischen Eigenschaften der Elemente verändern? Es wäre faszinierend, das zu untersuchen. Vielleicht würde sich Wasser ganz anders verhalten und hätte nicht die seltsame Anomalität, die wir beobachten. Vielleicht wären manche Gase schon/noch bei gemäßigten Temperaturen fllüssig und könnten als Lösungsmittel dienen. Es gäbe vielleicht eine ganz andere Chemie und ganz andere Möglichkeiten, für Leben sich zu entfalten.
Oder das Silizium könnte sich mehr wie Kohlenstoff verhalten und komplexere Verbindungen bilden ...

[newman]

Warum gibt es das Universum, das Leben und uns?

Das sind eher Fragen für Philosophen und Theologen als für Physiker, der in seiner Funktion als Physiker wohl kaum davon ausgeht, dass es ein "höheres" Ziel oder einen göttlichen Sinn im Universum gibt und als Phsyiker nicht danach fragt, warum etwas ist, sondern einfach den Fakt hinnimmt, dass Etwas ist, und dieses Etwas erforschen möchte.

[RichBoss]

Vielleicht ist genau das der Grund dafür, dass mehr Materie als Antimaterie vorhanden war und dass es heute feste Materie und letztenendes auch uns gibt...

Ja genau, ohne Übschuss von Energie / Materie hätten wir auch nie entstehen können!

[HiroP]

Zum Thema Myonen:

IceCube entdeckt rätselhafte Strahlung

Quelle: Spektrumdirekt

In der Nähe des Südpols entsteht derzeit das Neutrino-Observatorium IceCube: Ein Kubikkilometer voller Detektoren, in mehr als einem Kilometer Tiefe im antarktischen Eis versteckt. Die Anlage wird erst im Jahr 2011 fertiggestellt. Aber schon jetzt machten Forscher mit Hilfe der bereits funktionierenden Messgeräte eine Entdeckung, für welche die Anlage ursprünglich gar nicht ausgelegt war.

[irony]

Myonen spielen offenbar eine Rolle als "Messsonden". Mit hilfe von Myonen (Elektronen und Myonen sind nach derzeitigem Wissensstand punktförmig) wurde jetzt der Durchmesser von Protonen bestimmt (Spiegel.de) :

Myonen ähneln Elektronen, sind aber 200-mal schwerer. Diesen Masseunterschied nutzten die Wissenschaftler aus: Die Bahn, auf der sich ein Myon um das Proton bewegt, hat einen 200-mal kleineren Radius als die Bahn eines Elektrons. Dadurch kommt das Myon dem Proton viel näher und spürt quasi dessen Ausdehnung. Mit einem eigens für das Experiment entwickelten Laser konnten die Forscher die Eigenschaften der Myonenbahn vermessen und daraus den Radius des Protons bestimmen.

Das neue Ergebnis 0,84184 Femtometer weicht relativ stark vom bisher akzeptierten Wert 0,8768 Femtometer ab und könnte Auswirkungen auf die Quantentheorie haben.

[Yusaku]

Sieht man sich hingegen den Zerfall der Pionen an -> http://pdg.lbl.gov/2009/listings/rpp...st-pi-zero.pdf

Dort entstehen nur sehr sehr selten Myonen, da es nur aus Quarks der ersten Generation besteht und daher die Zerfälle nicht energiereich genug sind.

Richtig, ohne Verletzung der Leptonenzahl müssten zwei Myonen entstehn, wozu die Pionmasse nicht ausreicht.
Das geladene Pion, das nur geringfügig schwerer als sein neutraler Kollege ist, zerfällt aber zu 99,99% in ein Myon und das passende Antineutrino.
Prinzipiell ist der Zerfall in leichte Teilchen bevorzugt, aber hier spielen Spin-Einstellungen eine Rolle, durch die der Elektronen-Zerfall stark unterdrückt ist
(unter der Annahme einer Neutrino-Masse von Null).

Sogenannte "Lepton Family number (LF) violating modes" existieren zwar, aber sie sind relativ selten.

Anmerkung: Im PDG sind nur maximale obere Grenzen für die Wahrscheinlichkeit eines solchen Prozesses angegeben, die aus der Nichtbeobachtung dieser Zerfälle in einem gegebenen Datensatz folgen.

[McWire]

Da gibt es so ein Riesen-pdf mit Namen rpp2009-sum-baryons.pdf , was aber überhaupt keinen Spaß macht, durchzusehen .

Na ja, ich glaube es dann einfach mal.
Vielleicht gibt es woanders auch noch eine bessere Seite.

Nehmen wir dochmal als Beispiel das D-Meson, welches ein Charme-Quark enthält -> http://pdg.lbl.gov/2009/listings/rpp...plus-minus.pdf

Dort sieht man bei den Zerfallswahrscheinlichkeiten zu 16% ein Elektron, zu 17,6% ein Myon entstehen und die restlichen Zerfälle bilden vorallem Kaonen, also ein Meson aus Quarks der ersten Generation und Strange-Quark (zweite Generation).

Sieht man sich hingegen den Zerfall der Pionen an -> http://pdg.lbl.gov/2009/listings/rpp...st-pi-zero.pdf

Dort entstehen nur sehr sehr selten Myonen, da es nur aus Quarks der ersten Generation besteht und daher die Zerfälle nicht energiereich genug sind.

Sogenannte "Lepton Family number (LF) violating modes" existieren zwar, aber sie sind relativ selten.

[irony]

Du musst dir nur den "Decay Mode", also die Zerfallsprodukte bei den schweren Baryonen mit s, c oder b-Quark ansehen.

Da gibt es so ein Riesen-pdf mit Namen rpp2009-sum-baryons.pdf , was aber überhaupt keinen Spaß macht, durchzusehen .

Na ja, ich glaube es dann einfach mal.
Vielleicht gibt es woanders auch noch eine bessere Seite.

[McWire]

Danke für den Link, aber er hat mir nicht viel genutzt. Es mag sein, dass wenn man auf der Seite Dauergast ist, mit einem kurzen Blick findet, wonach man sucht. Aber ich habe leider nichts gefunden, wo man sieht, wie Myonen aus Quarkumwandlungen entstehen.

Immerhin steht auf den Seiten aber schon etwas zu einer 4. Generation von Partikeln.

Du musst dir nur den "Decay Mode", also die Zerfallsprodukte bei den schweren Baryonen mit s, c oder b-Quark ansehen.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 3 Minuten und 3 Sekunden:

Beim Beta-Zerfall ist energetisch auch nichts anderes möglich als ein
Elektron (und Anti-Elektron-Neutrino) zu produzieren (Neutronenmasse!).
Ein kurzer Blick auf die PDG-Seiten zeigt aber, dass bei Baryonenzerfällen (auch bei Mesonen), wo s und c Quarks beteiligt sind, sowohl Myonen als auch Elektronen produziert werden können. Die kommen ja letztendlich aus dem W-Boson, das bei der Quark-Umwandlung emittiert wird; es muss nur von der Energieblianz passen (und es sind noch diverse Erhaltungssätze, z.B. Ladung, Flavor, Spin, zu berücksichtigen).

Siehst du... genau, dass was ich sage. Die Myonen treten erst bei den Zerfällen der schweren Baryonen und Mesonen mit s- und c-Quark auf.
Natürlich kann da auch ein Elektron entstehen, wichtig ist aber, dass ein Lepton einer bestimmten Generation erst bei der Umwandlung eines Quarks seiner Generation entsteht.

Tau-Lepton würde z.B. nur bei Umwandlungen von B-Mesonen und B-Baryonen entstehen.. (von den energiereichen Resonanzen der anderen Baryonen und Mesonen mal abgesehen.)

[irony]

Ein kurzer Blick auf die PDG-Seiten zeigt aber, dass bei Baryonenzerfällen (auch bei Mesonen), wo s und c Quarks beteiligt sind, sowohl Myonen als auch Elektronen produziert werden können.

Danke für den Link, aber er hat mir nicht viel genutzt. Es mag sein, dass wenn man auf der Seite Dauergast ist, mit einem kurzen Blick findet, wonach man sucht. Aber ich habe leider nichts gefunden, wo man sieht, wie Myonen aus Quarkumwandlungen entstehen.

Immerhin steht auf den Seiten aber schon etwas zu einer 4. Generation von Partikeln.

[Yusaku]

Ich vermute aufgrund der Ruhemasse und der Zerfallseigenschaften.

Während Quark-Umwandlungen der ersten Generation (Beta-Zerfall) Elektronen und Antielektronen erzeugen, erzeugen Zerfälle von Baryonen mit Quarks der zweiten Generation Myonen als Zerfallsprodukte.

Beim Beta-Zerfall ist energetisch auch nichts anderes möglich als ein
Elektron (und Anti-Elektron-Neutrino) zu produzieren (Neutronenmasse!).
Ein kurzer Blick auf die PDG-Seiten zeigt aber, dass bei Baryonenzerfällen (auch bei Mesonen), wo s und c Quarks beteiligt sind, sowohl Myonen als auch Elektronen produziert werden können. Die kommen ja letztendlich aus dem W-Boson, das bei der Quark-Umwandlung emittiert wird; es muss nur von der Energieblianz passen (und es sind noch diverse Erhaltungssätze, z.B. Ladung, Flavor, Spin, zu berücksichtigen).

[McWire]

Was ich bisher immer noch nicht verstehe ist, ob diese Zuordnung von Leptonen zu Quarks nicht völlig willkürlich ist.

Dass das up- und down-Quark und das Elektron zusammen passen, verstehe ich ja noch, da aus diesen drei Elementarteilchen-Sorten alle Atome und Moleküle bestehen.

Aber wie kommt man darauf, dass Strange-Quark und Myon zusammengehören ?

Ich vermute aufgrund der Ruhemasse und der Zerfallseigenschaften.

Während Quark-Umwandlungen der ersten Generation (Beta-Zerfall) Elektronen und Antielektronen erzeugen, erzeugen Zerfälle von Baryonen mit Quarks der zweiten Generation Myonen als Zerfallsprodukte.