Einige Klarstellungen in Sachen Physik [Diskussion]

[Agent Scullie]

Wie man sehen kann, überwiegt bei den Quark der ersten Generation die Konstitutenquarkmasse, während bei den Quarks der 2. und 3. Generation die Stromquarkmasse überwiegt.

Vielleicht ist das noch ein Mitgrund, warum Hadronen aus schweren Quarks relativ instabil sind, da für das Quark quasi keine "Vorteil" durch Bindung entsteht.

das würden bedeuten, dass ein Quarks bestrebt ist, eine im Vergleich zur Konstituentenmasse möglichst niedriger Stromquarkmasse zu erreichen. Es gibt aber keinen Grund, warum dem so sein sollte. Allgemein gilt, dass ein physikalisches System den Zustand niedrigster Energie anstrebt (genauer: den Zustand maximaler Entropie, was aber für ein offenes System bei hinreichend kleiner Temperatur gleichbedeutend mit niedrigster Energie ist), und für die Energie eines Hadrons macht es keinen Unterschied, ob die Stromquark- oder die Konstituentenmasse überwiegt.

Diejenigen Teilchen, die stabil sind, sind deswegen stabil, weil kein Zustand niedrigerer Energie ohne Verletzung eines Erhaltungssatzes erreicht werden könnte: ein Elektron kann nicht zerfallen, da dadurch die Ladungserhaltung und die Erhaltung der Leptonenzahl verletzt würde. Ein Proton kann nicht zerfallen, da die Erhaltung der Baryonenzahl verletzt würde (Ladung könnte erhalten werden bei einem Positron als Zerfallsprodukt).

Alle Teilchen, die zerfallen, tun dies, weil ein Zustand niedrigerer Energie ohne Verletzung eines Erhaltungssatzes möglich ist: Myonen und Tauonen können zu Elektronen zerfallen -> Leptonenzahl und Ladung bleiben erhalten. Schwere Baryonen können zu Protonen zerfallen -> Baryonenzahl bleibt erhalten. Alle Mesonen können zu nicht Nicht-Mesonen zerfallen, weil es keinen Erhaltungssatz für die Zahl der Mesonen gibt (schreibt man Quarks eine drittelzahlige Baryonenzahl zu, haben alle Mesonen die Baryonenzahl null, da sie aus einem Quark und Antiquark aufgebaut sind -> +1/3 - 1/3 = 0). Eine Sonderstellung nimmt das Neutron ein: es zerfällt zwar, hat aber eine ausgesprochen lange Lebensdauer. Das kann man darauf zurückführen, dass es nur ein klein wenig schwerer ist als das Proton, entsprechend klein ist der Energieunterschied, das "Streben" zum energetisch günstigsten Zustand ist entsprechend "schwach" ausgeprägt.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 6 Minuten und 56 Sekunden:

Das sind schon enorme Masseunterschiede.

Da erinnere ich mich an einen Beitrag von Agent Scullie:



Das Bezog sich auf die GUT-Theorie, die inzwischen als überholt gilt. Ich erwähne dass nur, weil ich dort zum erstenmal etwas über extrem massereiche Teilchen gelesen habe, was mich doch erstaunt hat.

Das es derartig massereiche Teilchen gibt, ist für mich völlig neu.

öhhh... das Top-Quark ist mit 174 GeV (~10^2 GeV) aber immer noch 10^13 (10 Billionen) mal leichter als das X-Boson der GUT, ist also durchaus nicht "derartig massereich"...

[Halman]

Wenn Up eine relative Ruhemasse von 1 hat, so ergibt sich für die anderen Quarks folgende relative Ruhemassen:

Down - 2
Strange - 50
Charm - 600
Bottom - 2100
Top - 85.500

Das Top-Quark ist also fast 100.000 mal so schwer wie ein Up oder Down-Quark.

Das sind schon enorme Masseunterschiede.

Da erinnere ich mich an einen Beitrag von Agent Scullie:

laut der SU(5)-Theorie geht der Materieüberschuss auf Prozesse im frühen Universum, als die Temperatur bei 10^25 K oder höher lag (die ersten 10^-32 Sekunden), zurück, ja. Wesentlich war dabei das Verhalten der von der Theorie vorhersagten X-Bosonen (die extrem hohe Massen im Bereich von 10^15 GeV haben, zum Vergleich: die Masse eine Protons ist etwa 0,94 GeV), deren Antiteilchen anders zerfielen als die Teilchen.

Das Bezog sich auf die GUT-Theorie, die inzwischen als überholt gilt. Ich erwähne dass nur, weil ich dort zum erstenmal etwas über extrem massereiche Teilchen gelesen habe, was mich doch erstaunt hat.

Das es derartig massereiche Teilchen gibt, ist für mich völlig neu. Hier lerne ich ja richtig dazu, sofern mein kleiner Kopf nicht vorher durchbrennt.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 1 Minute und 17 Sekunden:

Ich kann mich dunkel an einen Artikel aus Spektrum oder Bild der Wissenschaft erinnern, den ich vor einigen Jahren gelesen habe. Darin wurde spekuliert, ob es möglicherweise superschwere künstliche Elemente geben könnte, da nach theoretischen Überlegungen irgendwann wieder ein stabiles "Tal" im Periodensystem jenseits der schon bekannten künstlichen Elemente existieren könnte. Die bisher gefundenen sind alle sehr kurzlebig.

Edith hat noch schnell einen Link gefunden, wo das Prinzip erläutert wird:
scinexx | Gibt es eine zweite Insel der Stabilität?: Forscher postulieren Existenz weiterer stabiler superschwerer Elemente - Superschwere Elemente, Chemie, Teilchenbeschleuniger, Insel der Stabilität, Kernforschung, Atome, Periodensystem

Das ist hochinteressant! Dann könnte es also doch stabile, superschwere Elemente geben - da schlägt mein Sci-Fi-Herz doch gleich höher.

[McWire]

das up- und down-Quark haben niedrige Masse, ja. Wobei die Masse eines Quarks nicht so ganz trivial ist, da man Quarks nicht als freie Teilchen erzeugen kann. Die Masse eines Protons oder Neutrons z.B. definiert man über den ungebundenen Zustand, in dem das Proton/Neutron nicht in einem Atomkern gebunden ist. Die Masse eines Deuterium-Kerns z.B. ist geringer als die Masse eines freien Protons und Neutrons zusammengenommen, weil bei der Bildung des Kerns Energie freigesetzt wird, die der Kernmasse entzogen wird. Auf Quarks kann man das nicht übertragen, da diese nicht ungebunden sein können.

Kleine Ergänzung für alle Mitleser.

In der Wikipedia steht ja geschrieben, dass es für Quarks zwei Massezahlen gibt. Das ist wohl die halbwegs eleganteste Lösung des Problems und verdeutlich das Grundproblem.

Einmal die Stromquarkmasse ? Wikipedia , also die tatsächlich zugeordnete Masse eine hypothetisch ungebundenen Quark und einmal die Konstituentenquarkmasse ? Wikipedia , also die Masse die man erhält, wenn man die Masse eines Baryon drittelt.

Wie man sehen kann, überwiegt bei den Quark der ersten Generation die Konstitutenquarkmasse, während bei den Quarks der 2. und 3. Generation die Stromquarkmasse überwiegt.

Vielleicht ist das noch ein Mitgrund, warum Hadronen aus schweren Quarks relativ instabil sind, da für das Quark quasi keine "Vorteil" durch Bindung entsteht.

[Agent Scullie]

16 Kompnonetenen - ah, deswegen ist mir das zu kompliziert.

das habe ich dir aber schon zu Anfang gesagt, dass ein Tensor 2. Stufe in einem n-dim. Raum n*n Komponenten hat, was bei 4 Raumzeitdimensionen 4*4=16 macht.

Jedoch das Bose-Einstein-Kondensat bereitet mir noch Kopfzerbrechen. Soweit ich weiß, geht es darum, wie Materie sich bei 0 Kelvin verhält. Bisher nahm ich einfach an, dass dann alle Molekühle bzw. Atome einfach absolut still stehen, so habe ich mir ein Gas, wie Sauererstoff, als harten Kristall vorgestellt.
Jedoch habe ich mal gelesen, dass die Materie bei 0 K einen amorphen Zustand einnimmt. Soll ich mir darunter vorstellen, dass die Bindungen zwischen den Atomen, damit auch die molekularen Bindungen, aufgehoben werden, es also im Bose-Einstein-Kondensat nur noch die chemischen Elemente gibts?
Ich vermute mal, dass sich das auf die Atomhüllen bezieht. Verhändert sich bei 0 K das Bewegungsverhalten der Elektronen?

ein Bose-Einstein-Kondensat gibt es nur bei Teilchen, die in guter Näherung wechselwirkungsfrei sind, da die Bose-Einstein-Statistik nur wechselwirkungsfreie Teilchen beschreiben kann. Die Teilchen müssen daher notwendigerweise ein Gas bilden - in einem Feststoff wäre die Wechselwirkung viel zu stark. Um zu erreichen, dass Atome bei fast 0 K noch ein Gas bilden, also nicht "gefrieren", ist ein immenser technischer Aufwand erforderlich, die Bose-Einstein-Kondensation tritt von daher keineswegs von alleine ein, wenn man Materie auf nahezu 0 K kühlt. Zur Herstellung eines Kondensats siehe z.B.

http://de.wikipedia.org/wiki/Bose-Einstein-Kondensat#Erzeugung

An den Atomhüllen ändert sich beim Entstehen des Kondensats eigentlich nichts, es hat einfach jedes Atom als Ganzes betrachtet den gleichen Zustand wie alle anderen Atom im Kondensat.

Also, wenn ich das richtig verstehe, gibt zu jedem Teilchen noch zwei "Verwandte". Ich erinnere mich, dass man mit Teilchenbeschleunigern "exotische" Teilchen erzeugt hat. Die müsste es ganz am Anfang des jungen Universums dann ja auch gegeben haben, weil dort die Bedingenen noch extremer waren als im Teilchenbeschleuniger, oder?

hohe Dichte und Temperatur, ja.

Mein Lesefehler bei Deiner Neutrino-Auflistung folgt einfach aus einem Denkfehler meinerseits. Ich fragte mich, was den ein Neutrino von einem anderen Unterscheiden soll. Das eine ist neutral und masselos und das nächste ... usw.

du solltest dich vielleicht von der Vorstellung lösen, Teilchen könnten sich allein durch Masse oder elektrische Ladung unterscheiden. Offenbar gibt es auch eine Eigenschaft "Teilchengeneration", durch die sich die Neutrinoarten unterscheiden.

Es kam mir so vor, als würde man mir drei stille Wasser anbieten, alle farb- und geschmackslos.

das ist ein gutes Beispiel: stell dir einfach vor, Wasser hat neben Kohlensäuregehalt (Stille), Farbe und Geschmack noch weitere Eigenschaften, z.B. Natriumgehalt oder Anteil an schwerem Wasser. Die könnten bei den dreien unterschiedlich sein, und werden durch deine "Sensoren" (Stille, Farbe, Geschmack) nur nicht erfasst.

Ein Quark schwerer als ein Gold-Atom, wow! Soweit ich weiß, hat ein Goldatom 79 Protonen, dazu kommen noch mal so viele Neutronen und Elektronen.
Normalerweise hat ein Quark doch weniger als ein Drittel der Masse eines Nukleons, oder?

das up- und down-Quark haben niedrige Masse, ja. Wobei die Masse eines Quarks nicht so ganz trivial ist, da man Quarks nicht als freie Teilchen erzeugen kann. Die Masse eines Protons oder Neutrons z.B. definiert man über den ungebundenen Zustand, in dem das Proton/Neutron nicht in einem Atomkern gebunden ist. Die Masse eines Deuterium-Kerns z.B. ist geringer als die Masse eines freien Protons und Neutrons zusammengenommen, weil bei der Bildung des Kerns Energie freigesetzt wird, die der Kernmasse entzogen wird. Auf Quarks kann man das nicht übertragen, da diese nicht ungebunden sein können.

[Mondkalb]

Ich kann mich dunkel an einen Artikel aus Spektrum oder Bild der Wissenschaft erinnern, den ich vor einigen Jahren gelesen habe. Darin wurde spekuliert, ob es möglicherweise superschwere künstliche Elemente geben könnte, da nach theoretischen Überlegungen irgendwann wieder ein stabiles "Tal" im Periodensystem jenseits der schon bekannten künstlichen Elemente existieren könnte. Die bisher gefundenen sind alle sehr kurzlebig.

Edith hat noch schnell einen Link gefunden, wo das Prinzip erläutert wird:

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-8058-2008-04-09.html

[McWire]

Mein Lesefehler bei Deiner Neutrino-Auflistung folgt einfach aus einem Denkfehler meinerseits. Ich fragte mich, was den ein Neutrino von einem anderen Unterscheiden soll. Das eine ist neutral und masselos und das nächste ... usw.

Es kam mir so vor, als würde man mir drei stille Wasser anbieten, alle farb- und geschmackslos.

Die Unterscheidung in drei verschiedliene Neutrino-Arten macht also nur Sinn, wenn man davon ausgeht, dass sie unterschiedlich stark auf das Higgs-Feld reagieren. Habe ich das so richtig verstanden?

Die drei Neutrino-Generationen haben in der Tat eigentlich nur eine unterschiedlich hohe Ruhemasse und eventuell noch unterschiedliche andere Quantenzahlen. Da ich kein tiefgründiger Experte in Elementarteilchenphysik bin und das eher als Hobby betreibe, weiß ich jetzt spontan auch nicht, wo ansonsten noch der Unterschied liegt. Ich weiß nur, dass im Standardmodell der Elementarteilchen drei Neutrino-Arten vorgesehen sind und das sie irgendwie schon aus Symmetriegründen einen Sinn machen.

Ein Quark schwerer als ein Gold-Atom, wow! Soweit ich weiß, hat ein Goldatom 79 Protonen, dazu kommen noch mal so viele Neutronen und Elektronen.
Normalerweise hat ein Quark doch weniger als ein Drittel der Masse eines Nukleons, oder?

Die Quarks der 2. und 3. Generation haben bedeuten höhere Massen als die Quarks der 1. Generation. Darum sind Hyperonen und Mesonen, welche diese Quarks beinhalten ja auch so instabil.

Wenn Up eine relative Ruhemasse von 1 hat, so ergibt sich für die anderen Quarks folgende relative Ruhemassen:

Down - 2
Strange - 50
Charm - 600
Bottom - 2100
Top - 85.500

Das Top-Quark ist also fast 100.000 mal so schwer wie ein Up oder Down-Quark.

Intessanterweise gibt es bei den Quarks eine Anomalie, während in der ersten Generation das Quark mit der Ladung -1/3 das schwerere ist, nämlich das Down, ist in den Generationen 2 und 3 jeweils das Quark mit der Ladung +2/3 das schwerere, also Charm und Top.

Sehr interessant. Wenn ich das alles mir so durch den Kopf gehen lasse, könnte es also exotische Atome geben, die wären aber nicht stabil. (Obwohl mir das Positronium schon stabil vorkommt).
Ich habe mir nämlich Gedanken darüber gemacht, ob andere Atomarten möglich wären und es so Elemente geben könnte, die wir noch nicht kennen.
Meiner Meinung nach lässt aber das Periodensystem der Elemente keinen Spielraum für Kryptonit, Naquarder und Tritanium. Falls es irgendwo intelligente Außerirdische gibt, könnten sie auch nur mit Wasser kochen und die selben Elemente nutzen, wie wir.
Wahrscheinlicher sind da neue Kunststoffe oder Produkte aus der Nanotechologei, wie die Karbon Nanofasern (CNF)

Vielleicht ist dieser Link für euch interessant:

Electrovac AG - Karbon Nanofasern

Positronium ist ja nur ein Pseudoatom aus einem Elektron und einem Anti-Elektron. Es besitzt ja keine Baryon-Zahl und zählt somit nicht zur baryonischen Materie.

Atome mit Myonen oder Tauonen in der Hülle wären extrem kurzlebig, da die Lebensdauer von Nyonen und Tauonen unter 1/1000 Millisekunde liegt.

Fiktive Elemente wie Quantum 40, Naquadah, Naquadriah oder Dikironium sind nach dem heutigen Verständnis für Elemente ausgeschlossen.
Sie können höchstens exotische Elemente sein, die nicht mehr zur Gruppe der baryonischen Materie zählen, allerdings kennen wir leider keine stabilen Elementarteilchen ausserhalb der Eichbosenen, der ersten Lepton-Generation und der Protonen.
Damit fällt auch die Vorstellung exotischer Materie erstmal flach.

Weiterführende Anmerkungen zu fiktiven Peseudo-Elementen kannst du ja in http://www.scifi-forum.de/science-fi...star-trek.html machen.

[Halman]

"Energiedichte pro Rauminhalt" macht keinen Sinn. Energiedichte ist die Energie pro Rauminhalt. Und Energie ist Energiedichte mal Rauminhalt. Die Energiedichte ist kein Tensor, sondern Komponente eines Tensors, nämlich die Komponente T^00.

Stimmt , das wäre so, als würde ich Puls-Schlag sagen. Danke für die Korrektur.

die Energiestromdichte ist ein Vektor, der sich aus drei der 16 Komponenten des Energie-Impuls-Tensors zusammensetzt.

16 Kompnonetenen - ah, deswegen ist mir das zu kompliziert.

in der Superstringtheorie, nicht in der Quantenphysik im allgemeinen.

Ja, langsam hilfst Du mir, es richtig zu sortieren. Es ist so, dass die Quantentheorie für mich immer ein rotes Tuch war - zu verwirrend. So wie ich es verstanden habe, baut die Superstringtheorie auf die QT und die ART auf und stellt einen Versucht dar, die beiden großen Theorien im Einklang zu bringen.
Von der M-Theorie habe ich auch schon mal gehört. Ich vermute mal, dass sie eine neuere Theorie darstellt. Steht das "M" für Membran?

der Spin ist so etwas wie ein Eigendrehimpuls der Teilchen. Man kann sich Teilchen zwar nicht als kleine drehende Kugeln vorstellen, aber sie haben eine Eigenschaft, die dem Bahndrehimpuls sehr ähnlich ist. So gelten für die Komponenten des Spins die gleiche Vertauschungsrelationen und die gleichen Quantelungsregeln wie für die des Bahndrehimpulses, und elektrisch geladene Teilchen mit Spin haben ein magnetisches Moment.

Super Erklärung, danke!

Der Hauptunterschied zwischen Fermionen und Bosonen ist, dass Fermionen dem Paulischen Ausschließungsprinzip unterliegen, d.h. es dürfen keine zwei Fermionen den gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen. Für Bosonen gilt das nicht, z.B. basiert ein Laserstrahl darauf, dass ganz viele Photonen im gleichen Zustand sind. Ähnlich ist es beim Bose-Einstein-Kondensat, da sind ganz viele Teilchen (z.B. He4-Kerne) im gleichen Zustand.

Der Zusammenhang zwischen Spin und Pauli-Prinzip lässt sich mit dem Spin-Statistik-Theorem begründen: Teilchen mit halbzahligem Spin folgen der Fermi-Dirac-Statistik (Pauli-Prinzip), Teilchen mit ganzzahligem Spin der Bose-Einstein-Statistik (kein Pauli-Prinzip).

Vom Pauli-Prinzip habe ich schon mal was gehört, aber nie gewusst, was sich dahinter verbirgt. Vielen Dank für die fachlich gut fundierte Erklärung.

Jedoch das Bose-Einstein-Kondensat bereitet mir noch Kopfzerbrechen. Soweit ich weiß, geht es darum, wie Materie sich bei 0 Kelvin verhält. Bisher nahm ich einfach an, dass dann alle Molekühle bzw. Atome einfach absolut still stehen, so habe ich mir ein Gas, wie Sauererstoff, als harten Kristall vorgestellt.
Jedoch habe ich mal gelesen, dass die Materie bei 0 K einen amorphen Zustand einnimmt. Soll ich mir darunter vorstellen, dass die Bindungen zwischen den Atomen, damit auch die molekularen Bindungen, aufgehoben werden, es also im Bose-Einstein-Kondensat nur noch die chemischen Elemente gibts?
Ich vermute mal, dass sich das auf die Atomhüllen bezieht. Verhändert sich bei 0 K das Bewegungsverhalten der Elektronen?

das hat mit Teilchenarten eigentlich nichts zu tun.

Nein, sicher nicht. Ich dachte mir, ich mache eine chaotische Quantenursuppe und erschaffe ein neues Universum.
Im Ernst, ich habe einfach nur den Eindruck, dass ein tieferes Verständnis von Teilchen Voraussetzung dafür ist, um zu verstehen, warum hypothetische Gravitonen wiederum Gravitonen erzeugen. Aber kein Problem, ich kann sehr gut damit Leben, eine Aussage einfach hinzunehmen, auch wenn ich das "Wie" nicht verstehe. So habe ich es mit der ART auch gemacht.

Myonen und Taounen sind schwere Verwandte des Elektrons. Die müssen ja nicht in Atomhüllen vorkommen, damit es sie gibt. Prinzpiell kann es freilich Myon-Atome geben, wo eines der Elektronen durch ein Myon ersetzt ist.

Das leuchtet mir schon ein. Nur, wenn ich von einem Teilchen höre, frage ich mich, wo es in der Natur vorkommt.

das Elektron-Neutrinos heißt so, weil es mit den Myon-Neutrino und dem Taoun-Neutrino noch zwei weitere Neutrinoarten gibt. Neutrino ohne Zusatz wäre daher als Name unzureichend.

Das war einfach ein Lesefehler meinerseits - ein Missverständnis.

im Neutron gibt es nur zwei Quarkarten, das up und down, ebenso im Proton. Wenn du die Antiquarks Anti-up und Anti-down als eigene Arten zählen willst, erhältst du 12 Arten (6 Quarkarten, 6 Antiquarkarten). Die vier Arten außer dem up und down kommen und Proton und Neutron nicht vor, da musst du schon schwerere Hadronen betrachten. Für die erste entdeckte dieser vier Arten, also die dritte Quarkart, das strange-Quark, definierte man nach dessen Entdeckung extra eine neue Quantenzahl für Hadronen, die Strangeness, die die Anzahl der strange-Quarks im Hadron ausdrückte. Proton und Neutron haben demnach die Strangeness 0.


man konnte sie bereits experimentell in Teilchenbeschleunigern herstellen. Dass sie sich in der Natur einfah so von selbst bilden, kommt eher selten vor.

Also, wenn ich das richtig verstehe, gibt zu jedem Teilchen noch zwei "Verwandte". Ich erinnere mich, dass man mit Teilchenbeschleunigern "exotische" Teilchen erzeugt hat. Die müsste es ganz am Anfang des jungen Universums dann ja auch gegeben haben, weil dort die Bedingenen noch extremer waren als im Teilchenbeschleuniger, oder?


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Halman schrieb nach 32 Minuten und 23 Sekunden:

Diese Übersicht steht eigentlich in jedem besseren Physikbuch.

Ansonsten -> Elementarteilchen ? Wikipedia

Vielen Dank für den Link.

Die Quarks und die Leptonen sind quasi in 3 "Generationen" eingeteilt.

Die 1. Generation sind die Grundteilchen, aus denen die baryonische (spricht sichtbare) Materie besteht. Diese Teilchen sind auch stabil.

Die 2. und 3. Generation sind Teilchen mit ähnlichen Eigenschaften der 1. Generation, jedoch mit wesentlich höherer Ruhemasse/Ruheenergie und einer endlichen relativ kurzen Lebensdauer.

Die Tauon sind die kurzlebigsten Leptonen, dann kommen die Myonen mit mittlerer Lebensdauer und dann die Elektronen mit einen (nach heutigem Stand) unendlichen Lebensdauer.

Da wird auch der Grund dafür sein, warum mir nur die Grundteilchen geläufig sind. Die anderen Teilchen, die am Anfang des Universums da waren (wie ich annehme), sind längst zerfallen und entstehen nur bei extremen Prozessen, eben in Teilchenbeschleunigern.
Deine Erklärung ist sehr transparent, danke!

Jedes Grundlepton hat noch eine dazugehöriges Neutrino. Das Elektron-Neutrino ist das Neutrino, welches bei nuklearen Reaktionen bei z.B. der Kernfusion entsteht. Es ist zudem das leichteste Neutrino.

Die anderen beiden Neutrino-Arten können sich aus dem Elektron-Neutrino bilden, sofern Neutrinos nicht ruhemasselos sind. -> Neutrinooszillation ? Wikipedia

Im Prinzip sind sie für die vereinfachte Kernphysik aber überflüssig.

Mein Lesefehler bei Deiner Neutrino-Auflistung folgt einfach aus einem Denkfehler meinerseits. Ich fragte mich, was den ein Neutrino von einem anderen Unterscheiden soll. Das eine ist neutral und masselos und das nächste ... usw.

Es kam mir so vor, als würde man mir drei stille Wasser anbieten, alle farb- und geschmackslos.

Die Unterscheidung in drei verschiedliene Neutrino-Arten macht also nur Sinn, wenn man davon ausgeht, dass sie unterschiedlich stark auf das Higgs-Feld reagieren. Habe ich das so richtig verstanden?

Genauso wie es drei Lepton-Generationen gibt, gibt es symmetrisch dazu auch drei Quark-Generationen, die ebenfalls eine ansteigende Ruhemasse und eine abnehmende Lebensdauer besitzen.

Genau wie bei den Leptonen spielen die Generationen 2 und 3 für den Aufbau der Materie keine Rolle, sind aber wichtig für Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Elementarteilchen.

Sie wurden eher zufälligerweise bei Teilchenkollisionsexperimenten entdeckt.

Man hat ihnen dann auch gleich Quantenzahlen zugeordnet:

Strangness, Charmed, Bottom und Top

Die Top-Quark konnen übrigens erst 1994 nachgewiesen werden, da sie eine größere Masse als ein Gold-Atom haben. Mesonen mit Top-Zahl lassen sich daher nur sehr schwer erzeugen und Hyperonen mit Top-Zahl sind bis heute überhaupt nicht bekannt.

Ein Quark schwerer als ein Gold-Atom, wow! Soweit ich weiß, hat ein Goldatom 79 Protonen, dazu kommen noch mal so viele Neutronen und Elektronen.
Normalerweise hat ein Quark doch weniger als ein Drittel der Masse eines Nukleons, oder?

Die Mesonen galten früher mal als die Vermittlungsteilchen der starken Kernkraft, sind aber eigentlich genau wie das Positronium ("Atom" aus Positron und Elektron) eher Nebenprodukte der Existenz von Materie und Antimaterie und entstehen mehr oder weniger rein zufällig durch Teilchenkollisonen oder Hyperon-Zerfallsprozesse.

Sehr interessant. Wenn ich das alles mir so durch den Kopf gehen lasse, könnte es also exotische Atome geben, die wären aber nicht stabil. (Obwohl mir das Positronium schon stabil vorkommt).
Ich habe mir nämlich Gedanken darüber gemacht, ob andere Atomarten möglich wären und es so Elemente geben könnte, die wir noch nicht kennen.
Meiner Meinung nach lässt aber das Periodensystem der Elemente keinen Spielraum für Kryptonit, Naquarder und Tritanium. Falls es irgendwo intelligente Außerirdische gibt, könnten sie auch nur mit Wasser kochen und die selben Elemente nutzen, wie wir.
Wahrscheinlicher sind da neue Kunststoffe oder Produkte aus der Nanotechologei, wie die Karbon Nanofasern (CNF)

Vielleicht ist dieser Link für euch interessant:

Electrovac AG - Karbon Nanofasern

[McWire]

Super, genau so eine Übersicht habe ich immer gesucht! Danke!!!

Diese Übersicht steht eigentlich in jedem besseren Physikbuch.

Ansonsten -> Elementarteilchen ? Wikipedia

Dabei habe ich aber gleich ein paar Fragen dazu:
- Was sind Myonen und Tauonen? In den Atomhüllen kommen doch nur Elektronen vor.

Die Quarks und die Leptonen sind quasi in 3 "Generationen" eingeteilt.

Die 1. Generation sind die Grundteilchen, aus denen die baryonische (spricht sichtbare) Materie besteht. Diese Teilchen sind auch stabil.

Die 2. und 3. Generation sind Teilchen mit ähnlichen Eigenschaften der 1. Generation, jedoch mit wesentlich höherer Ruhemasse/Ruheenergie und einer endlichen relativ kurzen Lebensdauer.

Die Tauon sind die kurzlebigsten Leptonen, dann kommen die Myonen mit mittlerer Lebensdauer und dann die Elektronen mit einen (nach heutigem Stand) unendlichen Lebensdauer.

- Und was heißt * Elektron + Elektron-Neutrino? Müsste da nicht nur "Elektron + Neutrino" stehen? Oder bedeutet das, dass vom Lepton ein Neutrino abgezogen wird? Das Neutrino selbst ist doch auch ein Lepton, oder?

Jedes Grundlepton hat noch eine dazugehöriges Neutrino. Das Elektron-Neutrino ist das Neutrino, welches bei nuklearen Reaktionen bei z.B. der Kernfusion entsteht. Es ist zudem das leichteste Neutrino.

Die anderen beiden Neutrino-Arten können sich aus dem Elektron-Neutrino bilden, sofern Neutrinos nicht ruhemasselos sind. -> Neutrinooszillation ? Wikipedia

Im Prinzip sind sie für die vereinfachte Kernphysik aber überflüssig.

Bei den Quarks verstehe ich nicht, wieso man da auf sechs unterschiedliche Arten kommt. Klar, es gibts positiv und negativ geladene Quarks im Neutron. Im Antineutron entspechend die Antiquarks. Da komme ich auf vier Arten.
Der Teilchenzoo mag ja übersichtlich sein, aber einige Arten kann ich nicht verstehen.

Genauso wie es drei Lepton-Generationen gibt, gibt es symmetrisch dazu auch drei Quark-Generationen, die ebenfalls eine ansteigende Ruhemasse und eine abnehmende Lebensdauer besitzen.

Genau wie bei den Leptonen spielen die Generationen 2 und 3 für den Aufbau der Materie keine Rolle, sind aber wichtig für Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Elementarteilchen.

Sie wurden eher zufälligerweise bei Teilchenkollisionsexperimenten entdeckt.

Man hat ihnen dann auch gleich Quantenzahlen zugeordnet:

Strangness, Charmed, Bottom und Top

Die Top-Quark konnen übrigens erst 1994 nachgewiesen werden, da sie eine größere Masse als ein Gold-Atom haben. Mesonen mit Top-Zahl lassen sich daher nur sehr schwer erzeugen und Hyperonen mit Top-Zahl sind bis heute überhaupt nicht bekannt.

Wenn Baryonen ganz allgemein Teilchen sind, die aus drei Quarks bestehen, sind dann Protonen und Neutronen bestimmte Arten von Baryonen, die eben im Atomkern vorkommen?
Okay, dann sind Hyperonen alle jene Baryonen, die aus Quark-Kombinationen bestehen, die eben nicht dem Aufbau von Nukleonen entsprechen.
Kommen diese verschiedenen Arten von Baryonen im Universum eigentlich natürlich vor, oder sind sie rein theoretische Modelle?

Punkt1: Wie "Agent Scully" schon sagte: korrekt
Punkt2: Hyperonen sind alle Baryonen abzüglich der Nukleonen (Proton + Neutron). Hyperonen können auch aus den gleichen Quark-Kombinationen wie Proton und Neutron bestehen, haben dann aber andere Spin-Werte und Ruhemassen sowie eine endliche Lebensdauer... z.B. die Delta-Teilchen
Punkt3: Hyperonen sind nicht am Aufbau der baryonischen Materie beteiligt, können aber auch in der Natur durch hochenergetische Wechselwirkungen zwischen Nukleonen entstehen. Sie haben aber im Allgemeine eine zu kurze Lebensdauer, als das sie von praktischer Bedeutung wären.

Die Mesonen galten früher mal als die Vermittlungsteilchen der starken Kernkraft, sind aber eigentlich genau wie das Positronium ("Atom" aus Positron und Elektron) eher Nebenprodukte der Existenz von Materie und Antimaterie und entstehen mehr oder weniger rein zufällig durch Teilchenkollisonen oder Hyperon-Zerfallsprozesse.

[Agent Scullie]

Also nehme ich mal an, dass die reine Energiedichte pro Rauminhalt, beispielsweise innerhalb eines Kubikmeters, nicht mit einem Tensor gleichzusetzen ist.

"Energiedichte pro Rauminhalt" macht keinen Sinn. Energiedichte ist die Energie pro Rauminhalt. Und Energie ist Energiedichte mal Rauminhalt. Die Energiedichte ist kein Tensor, sondern Komponente eines Tensors, nämlich die Komponente T^00.

Ich habe das Wort "Energiestromdichte" wohl einem Tensor gleichgesetz, was sicher Unsinn ist.

die Energiestromdichte ist ein Vektor, der sich aus drei der 16 Komponenten des Energie-Impuls-Tensors zusammensetzt.

Irgendwo habe ich mal gelesen (könnte in einer Zeitschrift vor vielen Jahren gewesen sein), dass Gravitation als negative Energie definiert wird. Ist das Quatsch oder ist da was drann?

wenn ein Körper unter seiner Eigengravitation in sich zusammenstürzt, setzt er Energie frei, die abgestrahlt wird. Das könnte man so sehen, dass seinb Gravitationsfeld eine negative Energie besitzt, die beim Kollabieren noch stärker negativ wird.

Wenn ich das halbwegst richtig verstehe, ist der Kern einen Tritium-Atoms ein Fermion, obwohl der Deuterium-Kern ein Bosom ist. Haben die Kerne unterschiedliche Spins?

Also, das mit dem Spin habe ich in Hawkings Buch nicht verstanden. Darunter stelle ich mir die "Rotation von Teilchen" vor, so als wären es Bälle. Aber dass ist natürlich Unsinn. (Es soll ja sogar Spins mit "720°" geben.)

das mit den 720° hat etwas mit dem Transformationsverhalten der Wellenfunktion von Spin-1/2-Teilchen zu tun. Wenn man aus dem anfänglichen Koordinatensystem in ein geringfügig dagegen gedrehtes transformiert, und von dem aus dann in ein weiteres, noch etwas mehr gedrehtes, und immer so weiter, bis man das Koordinatensystem einmal komplett um 360° gedreht hat, dann stellt man fest, dass sich das Vorzeichen der Wellenfunktion umgedreht hat. Erst nach einer weiteren Drehung um 360°, also insgesamt 720°, ist die Wellenfunktion wieder die gleiche wie zu Anfang. Das ist allerdings nicht messbar, da die Wellenfunktion nicht messbar ist, sondern nur ihr Betragsquadrat messbare Auswirkungen kann.

In der Quantenphysik geht man ja nicht mehr von den vier Dimensionen des Makrokosmos aus. Soweit ich weiß schwankt man da - je nach Theorie - zwischen 10 und 26 Dimensionen.

in der Superstringtheorie, nicht in der Quantenphysik im allgemeinen.

Was also ist ein Spin und was unterscheidet ein Bosom von einem Fermion?

der Spin ist so etwas wie ein Eigendrehimpuls der Teilchen. Man kann sich Teilchen zwar nicht als kleine drehende Kugeln vorstellen, aber sie haben eine Eigenschaft, die dem Bahndrehimpuls sehr ähnlich ist. So gelten für die Komponenten des Spins die gleiche Vertauschungsrelationen und die gleichen Quantelungsregeln wie für die des Bahndrehimpulses, und elektrisch geladene Teilchen mit Spin haben ein magnetisches Moment.

Der Hauptunterschied zwischen Fermionen und Bosonen ist, dass Fermionen dem Paulischen Ausschließungsprinzip unterliegen, d.h. es dürfen keine zwei Fermionen den gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen. Für Bosonen gilt das nicht, z.B. basiert ein Laserstrahl darauf, dass ganz viele Photonen im gleichen Zustand sind. Ähnlich ist es beim Bose-Einstein-Kondensat, da sind ganz viele Teilchen (z.B. He4-Kerne) im gleichen Zustand.

Der Zusammenhang zwischen Spin und Pauli-Prinzip lässt sich mit dem Spin-Statistik-Theorem begründen: Teilchen mit halbzahligem Spin folgen der Fermi-Dirac-Statistik (Pauli-Prinzip), Teilchen mit ganzzahligem Spin der Bose-Einstein-Statistik (kein Pauli-Prinzip).

Ich denke, solange ich solche Dinge nicht weiß, kann ich unmöglich verstehen, wieso das Gravitationsfeld an sich selbst koppelt.

das hat mit Teilchenarten eigentlich nichts zu tun.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 12 Minuten und 26 Sekunden:

- Was sind Myonen und Tauonen? In den Atomhüllen kommen doch nur Elektronen vor.

Myonen und Taounen sind schwere Verwandte des Elektrons. Die müssen ja nicht in Atomhüllen vorkommen, damit es sie gibt. Prinzpiell kann es freilich Myon-Atome geben, wo eines der Elektronen durch ein Myon ersetzt ist.

- Und was heißt * Elektron + Elektron-Neutrino? Müsste da nicht nur "Elektron + Neutrino" stehen?

das Elektron-Neutrinos heißt so, weil es mit den Myon-Neutrino und dem Taoun-Neutrino noch zwei weitere Neutrinoarten gibt. Neutrino ohne Zusatz wäre daher als Name unzureichend.

Bei den Quarks verstehe ich nicht, wieso man da auf sechs unterschiedliche Arten kommt. Klar, es gibts positiv und negativ geladene Quarks im Neutron. Im Antineutron entspechend die Antiquarks. Da komme ich auf vier Arten.

im Neutron gibt es nur zwei Quarkarten, das up und down, ebenso im Proton. Wenn du die Antiquarks Anti-up und Anti-down als eigene Arten zählen willst, erhältst du 12 Arten (6 Quarkarten, 6 Antiquarkarten). Die vier Arten außer dem up und down kommen und Proton und Neutron nicht vor, da musst du schon schwerere Hadronen betrachten. Für die erste entdeckte dieser vier Arten, also die dritte Quarkart, das strange-Quark, definierte man nach dessen Entdeckung extra eine neue Quantenzahl für Hadronen, die Strangeness, die die Anzahl der strange-Quarks im Hadron ausdrückte. Proton und Neutron haben demnach die Strangeness 0.

Wenn Baryonen ganz allgemein Teilchen sind, die aus drei Quarks bestehen, sind dann Protonen und Neutronen bestimmte Arten von Baryonen, die eben im Atomkern vorkommen?

genau.

Kommen diese verschiedenen Arten von Baryonen im Universum eigentlich natürlich vor, oder sind sie rein theoretische Modelle?

man konnte sie bereits experimentell in Teilchenbeschleunigern herstellen. Dass sie sich in der Natur einfah so von selbst bilden, kommt eher selten vor.

[Halman]

Soweit ich das verstanden habe, können Spins ganzahlig sein (0, 1, 2, 3, ...) was man dann ein Boson nennt und sie können auch halbzahlig sein (1/2, 3/2, 5/2, usw) was man dann ein Fermion nennt.

Ein Deuterium-Atomkern (Deuteron) besteht aus einem Proton und einem Neutron, welche ja Fermionen sind, also einen halbzahligen Spin besitzen.
Im gebundenen Zustand scheinen sich die Spins irgendwie zu addieren, sodass aus 1/2 + 1/2 = 1 wird.
Somit ist ein Deuteron ein Boson.

Ein Tritium-Atomkern (Triton) besteht gegenüber dem Deuteron noch aus einem weiteren Neutron, womit in der Summe dann ein halbzahliger Spin herauskommt, womit es ein Fermion ist.

Vielen dank für die ausgezeichnete Erklärung, damit kann ich etwas anfangen.
Nur Frage ich mich warum die Unterscheidung in Boson und Fermion so wichtig ist; also warum das Spin so bedeutend ist.

Übrigens ist der Teilchenzoo der modernen Physik relativ übersichtlich:

1.) Eichbosonen (Vermittlungsteilchen der Grundkräfte)
* Photon -> EM
* Graviton -> Gravitation
* W- (2) und Z-Partikel (zusammen Weakonen) -> schwache Kernkraft
* Gluonen (8) -> starke Kernkraft

2.) Leptonen (unterliegen nicht der starken Kernkraft)
* Elektron + Elektron-Neutrino
* Myon + Myon-Neutrino
* Tauon + Tauon-Neutrino

3.) Quarks (unterliegen der starken Kernkraft)
* up + down
* strange + charme
* bottom + top

Der Rest der Partikel hängen mit 2 oder 3 zusammen:

* Mesonen -> bestehen aus Quark+Antiquark
* Baryonen -> bestehen aus drei Quark
** Nukleonen = Neutron + Proton
** Hyperon = alle Baryonen, die kein Nukleon sind

Die restlichen Teilchen wie Higgs-Teilchen, Selektron, Gravitino, usw sind eher hypothetische Konzepte die sich aus modernen Theorien ergeben.

Im Gegensatz zu 1-3 sind sie nicht bewiesen und haben vermutlich auch keinen direkten Einfluss auf die alltäglich wahrnehmbaren physikalischen Größen. Diese braucht man erstmal garnicht beachten, bis sie bewiesen wurden, es reicht zu wissen, dass es sowas theoretisch gibt.

Super, genau so eine Übersicht habe ich immer gesucht! Danke!!!

Dabei habe ich aber gleich ein paar Fragen dazu:
- Was sind Myonen und Tauonen? In den Atomhüllen kommen doch nur Elektronen vor.
- Und was heißt * Elektron + Elektron-Neutrino? Müsste da nicht nur "Elektron + Neutrino" stehen? Oder bedeutet das, dass vom Lepton ein Neutrino abgezogen wird? Das Neutrino selbst ist doch auch ein Lepton, oder?

Bei den Quarks verstehe ich nicht, wieso man da auf sechs unterschiedliche Arten kommt. Klar, es gibts positiv und negativ geladene Quarks im Neutron. Im Antineutron entspechend die Antiquarks. Da komme ich auf vier Arten.
Der Teilchenzoo mag ja übersichtlich sein, aber einige Arten kann ich nicht verstehen.

Wenn Baryonen ganz allgemein Teilchen sind, die aus drei Quarks bestehen, sind dann Protonen und Neutronen bestimmte Arten von Baryonen, die eben im Atomkern vorkommen?
Okay, dann sind Hyperonen alle jene Baryonen, die aus Quark-Kombinationen bestehen, die eben nicht dem Aufbau von Nukleonen entsprechen.
Kommen diese verschiedenen Arten von Baryonen im Universum eigentlich natürlich vor, oder sind sie rein theoretische Modelle?

[McWire]

Zugegebendermaßen finde ich mich im "Teilchenzoo" der modernen Quantenphysik nicht mehr zurecht. Du kannst mir gerne was von Nukleonen, Elektronen, Photonen und Quarks erzählen. Auch Glyonen kann ich noch einordnen, aber wenn ich dies lese ...


(Zitat aus Boson ? Wikipedia)

... werde ich ganz

Wenn ich das halbwegst richtig verstehe, ist der Kern einen Tritium-Atoms ein Fermion, obwohl der Deuterium-Kern ein Bosom ist. Haben die Kerne unterschiedliche Spins?

Also, das mit dem Spin habe ich in Hawkings Buch nicht verstanden. Darunter stelle ich mir die "Rotation von Teilchen" vor, so als wären es Bälle. Aber dass ist natürlich Unsinn. (Es soll ja sogar Spins mit "720°" geben.)
In der Quantenphysik geht man ja nicht mehr von den vier Dimensionen des Makrokosmos aus. Soweit ich weiß schwankt man da - je nach Theorie - zwischen 10 und 26 Dimensionen.
Was also ist ein Spin und was unterscheidet ein Bosom von einem Fermion?

Ich denke, solange ich solche Dinge nicht weiß, kann ich unmöglich verstehen, wieso das Gravitationsfeld an sich selbst koppelt.

Soweit ich das verstanden habe, können Spins ganzahlig sein (0, 1, 2, 3, ...) was man dann ein Boson nennt und sie können auch halbzahlig sein (1/2, 3/2, 5/2, usw) was man dann ein Fermion nennt.

Ein Deuterium-Atomkern (Deuteron) besteht aus einem Proton und einem Neutron, welche ja Fermionen sind, also einen halbzahligen Spin besitzen.
Im gebundenen Zustand scheinen sich die Spins irgendwie zu addieren, sodass aus 1/2 + 1/2 = 1 wird.
Somit ist ein Deuteron ein Boson.

Ein Tritium-Atomkern (Triton) besteht gegenüber dem Deuteron noch aus einem weiteren Neutron, womit in der Summe dann ein halbzahliger Spin herauskommt, womit es ein Fermion ist.

Übrigens ist der Teilchenzoo der modernen Physik relativ übersichtlich:

1.) Eichbosonen (Vermittlungsteilchen der Grundkräfte)
* Photon -> EM
* Graviton -> Gravitation
* W- (2) und Z-Partikel (zusammen Weakonen) -> schwache Kernkraft
* Gluonen (8) -> starke Kernkraft

2.) Leptonen (unterliegen nicht der starken Kernkraft)
* Elektron + Elektron-Neutrino
* Myon + Myon-Neutrino
* Tauon + Tauon-Neutrino

3.) Quarks (unterliegen der starken Kernkraft)
* up + down
* strange + charme
* bottom + top

Der Rest der Partikel hängen mit 2 oder 3 zusammen:

* Mesonen -> bestehen aus Quark+Antiquark
* Baryonen -> bestehen aus drei Quark
** Nukleonen = Neutron + Proton
** Hyperon = alle Baryonen, die kein Nukleon sind

Die restlichen Teilchen wie Higgs-Teilchen, Selektron, Gravitino, usw sind eher hypothetische Konzepte die sich aus modernen Theorien ergeben.

Im Gegensatz zu 1-3 sind sie nicht bewiesen und haben vermutlich auch keinen direkten Einfluss auf die alltäglich wahrnehmbaren physikalischen Größen. Diese braucht man erstmal garnicht beachten, bis sie bewiesen wurden, es reicht zu wissen, dass es sowas theoretisch gibt.

[Halman]

sicher nicht. Keine Ahnung wie du darauf kommst

Ganz einfach, indem ich etwas falsch verstehe. Ich beziehe mich auf folgenden Link:
Energie-Impuls-Tensor ? Wikipedia

Darin heißt es Auszugsweise:

Im Rahmen der Speziellen Relativitätstheorie ist der so gegebene Energie-Impuls-Tensor ein Vierertensor der Stufe (2,0).
Die Energiedichte w ist bei kleinen Geschwindigkeiten von der Dichte der Ruhemasse dominiert, aber auch Photonen, die keine Ruhemasse besitzen, tragen mit ihrer Energie E = hν zur Energiedichte bei.
Eine Energiestromdichte ist eine Energiedichte multipliziert mit einer Geschwindigkeit.

Also nehme ich mal an, dass die reine Energiedichte pro Rauminhalt, beispielsweise innerhalb eines Kubikmeters, nicht mit einem Tensor gleichzusetzen ist. Ich habe das Wort "Energiestromdichte" wohl einem Tensor gleichgesetz, was sicher Unsinn ist.

nein, da muss ich passen.

Das eine Gerade eine besondere Form der Kurve ist habe ich im heißgeliebten Buch "Die Evolution der Physik" gelesen.

ist eigentlich egal. Schon klassisch koppelt das Gravitationsfeld an sich selbst, da es selbst einen Energie-Impuls-Tensor hat.

das ergibt sich unweigerlich, wenn man die Störungsrechnung auf Felder anwendet, die an sich selbst koppeln.

Irgendwo habe ich mal gelesen (könnte in einer Zeitschrift vor vielen Jahren gewesen sein), dass Gravitation als negative Energie definiert wird. Ist das Quatsch oder ist da was drann?

die Loop-Quantengravitation ist einer der möglichen Ansätze zur Quantengravitation, die die Probleme beim Quantisieren der Gravitation zu lösen versuchen. Ein anderer Ansatz ist die Superstringtheorie. Ein älterer Ansaz war die Supergravitation, derzufolge es neben dem Graviton noch das Gravitino geben sollte, was die mit der Selbstkopplung des Gravitationsfeldes zusammenhängen Probleme zu beheben helfen sollte. Die Vorsilbe Super- geht dabei auf die Supersymmetrie zurück, einer vermuteten Symmetrie zwischen der Teilchenfamilie der Fermionen und der Bosonen. Die Supersymmetrie und teilweise die Supergravitation werden in der Superstringtheorie weiterverwendet.

Zugegebendermaßen finde ich mich im "Teilchenzoo" der modernen Quantenphysik nicht mehr zurecht. Du kannst mir gerne was von Nukleonen, Elektronen, Photonen und Quarks erzählen. Auch Glyonen kann ich noch einordnen, aber wenn ich dies lese ...

Bosonen (nach dem indischen Physiker Satyendranath Bose) sind im Standardmodell der Teilchenphysik alle Teilchen, die einen ganzzahligen Spin besitzen. Hierzu gehören:
unter den Elementarteilchen: die Eichbosonen als Vermittler der Grundkräfte
unter den zusammengesetzten Teilchen: alle Atomkerne mit gerader Nukleonenzahl (z. B. der Kern des schweren Wasserstoffs Deuterium, der aus zwei Fermionen besteht: Proton und Neutron), aber auch die Phononen.

(Zitat aus Boson ? Wikipedia)

... werde ich ganz

Wenn ich das halbwegst richtig verstehe, ist der Kern einen Tritium-Atoms ein Fermion, obwohl der Deuterium-Kern ein Bosom ist. Haben die Kerne unterschiedliche Spins?

Also, das mit dem Spin habe ich in Hawkings Buch nicht verstanden. Darunter stelle ich mir die "Rotation von Teilchen" vor, so als wären es Bälle. Aber dass ist natürlich Unsinn. (Es soll ja sogar Spins mit "720°" geben.)
In der Quantenphysik geht man ja nicht mehr von den vier Dimensionen des Makrokosmos aus. Soweit ich weiß schwankt man da - je nach Theorie - zwischen 10 und 26 Dimensionen.
Was also ist ein Spin und was unterscheidet ein Bosom von einem Fermion?

Ich denke, solange ich solche Dinge nicht weiß, kann ich unmöglich verstehen, wieso das Gravitationsfeld an sich selbst koppelt.

[Agent Scullie]

Wenn ich das Ganze richtig verstehe, ergibt sich ein Tensor aus der Energiedichte multipliziert mit der Bewegungsenergie.

sicher nicht. Keine Ahnung wie du darauf kommst

Würde man eine Energiedichte mit einer Energie multiplizieren, wäre das Resultat eine skalare Größe, oder etwas, das selbst Komponente eines Tensors wäre, auf jeden Fall kein Tensor.

Müsste dann nicht die Bewegungsenergie ebenfalls Gravitation erzeugen?

du willst darauf hinaus, ob nicht das Gravitationsfeld eines Körpers der Masse m, der sich mit der Geschwindigkeit v bewegt, dem eines ruhenden Körpers mit der Masse m / sqrt(1 - v^2/c^2) ähnele.
Die Situation ist etwas kompliziert, was damit zusammenhängt, dass der aus der SRT bekannten Begriff des Bezugssystems in der ART nur eingeschränkt verwendbar ist. Man muss dort zum allgemeineren Konzept des Koordinatensystems greifen, das jedoch durch die bloße Information, dass das Gravitationszentrum ruhend oder nicht ruhend sein soll, nicht eindeutig festgelegt ist. Man kann unterschiedliche Koordinatensysteme konstruieren, in denen ein gravitierender Himmelskörper ruht, und ebenso unterschiedliche, in denen er sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit v bewegt. Deswegen gibt es nicht einfach eine festgelegte Transformation zwischen zwei Systemen (wie in der SRT), die man kurzerhand auf den Energie-Impuls-Tensor oder das Gravitationsfeld anwenden könnte.

Es gibt unterschiedliche Methoden, sich hier zu behelfen. Einmal kann man einfach näherungsweise die Lorentz-Trafo benutzen. Bei einem schwarzen Loch z.B. kann man den Ereignishorizont transformieren, er würde dann in Bewegungsrichtung lorentzkontrahiert sein, und in den beiden Richtungen senkrecht dazu unverändert, insbesondere würde er sich nicht ausdehnen, wie man es erwarten würde, wenn man sich die Masse des schwarzen Loches als durch die Bewegung vergrößert vorstellen würde.
Eine andere Methode ist, Krümmungsinvarianten wie den Ricci-Skalar und den Kretschmann-Skalar zu betrachten. Diese haben die Eigenschaft, in beliebigen Koordinatensystemen gleich zu sein.
Und schließlich kann man noch das lokale Gravitationsfeld betrachten, das vom gravitierenden Körpers in der unmittelbaren des Beobachters erzeugt wird. Lokal kann man nämlich wieder das Konzept des Bezugssystems benutzen (in der SRT geht das global), und das Gravitationsfeld lorentz-transformieren.

Mit all diesen Methoden kann man sich klarmachen, dass das Gravitationsfeld eines bewegten Körpers nicht um den Faktor 1/sqrt(1 - v^2/c^2) stärker wird

Ich stelle mir ein beliebiges Objekt vor, welches durch einen Impuls in Bewegung versetzt wird.

in Bewegung versetzt wird ein Objekt durch Kräfte, nicht durch einen Impuls. Eine Impuls hat es, sobald es einmal in Bewegung versetzt ist. Vereinfacht gesagt ist Impuls Kraft mal Zeit bzw. Kraft Impulsänderung pro Zeit.

Es wird sich geradlinig im Raum bewegen - das ist dann ein Vektor.

seine Geschwindigkeit und sein Impuls sind Vektoren, ja.

Wenn man sich mit Bewegung beschäftigt, leuchtet mir schon ein, warum man die Gerade als eine besondere Form der Kurve bezeichnet, weil man Bewegungen im allgemeinen am besten in Kurven beschreiben kann. (Sicher weiß Du, aus welchem Buch ich das habe.)

nein, da muss ich passen.

Meistens sind ja verschiedene Vektoren an einer Kurve eines Objektes beteiligt, weil verschiedene Kräfte die Bewegungskurve beeinflussen.

die Kurve eines Objekts wird durch unterschiedliche Verktoren beschrieben, insbesondere den Ortsvektor, den Geschwindigkeitvektor und den Beschleunigungsvektor.

Daraus ergibt sich die Bewegungsenergie.

die Bewegungsenergie ergibt sich daraus, dass eine Kraft über eine bestimmte Strecke wirken muss, um ein Objekt auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu beschleunigen. Energie ist Kraft mal Weg.

Hinzu kommt die Ruheenergie. Ist es Korrekt, wenn man dies als Energie-Impuls-Tensor bezeichnet

in deiner Schilderung ist eigentlich nichts vorgekommen, das dem Energie-Impuls-Tensor entspräche.

Gravitonen sind ja nur hypothetische Teilchen.

ist eigentlich egal. Schon klassisch koppelt das Gravitationsfeld an sich selbst, da es selbst einen Energie-Impuls-Tensor hat.

Zwar verstehe ich immer noch nicht, wieso Gravitonen wiederrum welche erzeugen,

das ergibt sich unweigerlich, wenn man die Störungsrechnung auf Felder anwendet, die an sich selbst koppeln.

Zum Thema Quantengravitation habe ich folgenden Link gefunden, den ich recht interessant finde.

Schleifenquantengravitation ? Wikipedia

die Loop-Quantengravitation ist einer der möglichen Ansätze zur Quantengravitation, die die Probleme beim Quantisieren der Gravitation zu lösen versuchen. Ein anderer Ansatz ist die Superstringtheorie. Ein älterer Ansaz war die Supergravitation, derzufolge es neben dem Graviton noch das Gravitino geben sollte, was die mit der Selbstkopplung des Gravitationsfeldes zusammenhängen Probleme zu beheben helfen sollte. Die Vorsilbe Super- geht dabei auf die Supersymmetrie zurück, einer vermuteten Symmetrie zwischen der Teilchenfamilie der Fermionen und der Bosonen. Die Supersymmetrie und teilweise die Supergravitation werden in der Superstringtheorie weiterverwendet.

[Halman]

Die Stromdichte aller Komponenten zusammen ergibt somit einen Vektor aus Vektoren, folglich einen Tensor 2. Stufe.

Vielen Dank für Deine ausführliche Erklärung.
Wenn ich das Ganze richtig verstehe, ergibt sich ein Tensor aus der Energiedichte multipliziert mit der Bewegungsenergie. Müsste dann nicht die Bewegungsenergie ebenfalls Gravitation erzeugen?

Gehe bitte davon aus, dass ich ganz einfach denke.
Ich stelle mir ein beliebiges Objekt vor, welches durch einen Impuls in Bewegung versetzt wird. Es wird sich geradlinig im Raum bewegen - das ist dann ein Vektor. Aber sobalt eine weitere Kraft auf das Objekt einwirkt oder es im Bereich eines Gravitationsfeldes gelangt, haben wir einen weiteren Impuls, der aus einem anderen Vektor auf das Objekt einwirkt. Daher wird es sich in einer Kurve bewegen.
In der Relalität sind Bewegungen durchaus recht Komplex, ich denke da an die Brownsche Bewegung von mikroskopischen Partikeln in Flüssigkeiten. Vielleicht ist dieser Link für Dich interessant:
Brownsche Bewegung mit kleinen Fehlern | pro-physik.de - das Physikportal

Wenn man sich mit Bewegung beschäftigt, leuchtet mir schon ein, warum man die Gerade als eine besondere Form der Kurve bezeichnet, weil man Bewegungen im allgemeinen am besten in Kurven beschreiben kann. (Sicher weiß Du, aus welchem Buch ich das habe.)
Meistens sind ja verschiedene Vektoren an einer Kurve eines Objektes beteiligt, weil verschiedene Kräfte die Bewegungskurve beeinflussen. Daraus ergibt sich die Bewegungsenergie. Hinzu kommt die Ruheenergie. Ist es Korrekt, wenn man dies als Energie-Impuls-Tensor bezeichnet, oder habe ich Dich missverstanden?

unter Laien vielleicht. Unter Fachleuten eher nicht.

Nun, ich bin ein neugieriger Laie. Mir ist schon klar, dass man als Laie durchaus über irgendeinen Stuss nachdenk, der längst überholt ist.

Gravitonen sind ja nur hypothetische Teilchen. Zwar verstehe ich immer noch nicht, wieso Gravitonen wiederrum welche erzeugen, aber ich gehe mal davon aus, das FirstBorg recht hat mit seiner Vermutung.
Zum Thema Quantengravitation habe ich folgenden Link gefunden, den ich recht interessant finde.

Schleifenquantengravitation ? Wikipedia

Hoffentlich hat Du hast nicht den Eindruck, dass ich begriffsstutzig bin.

[Agent Scullie]

Mein Verständisproblem liegt einfach daran, dass ich den Begriff Tensor nicht erklären kann. Das einzige, was ich glaube zu wissen, ist, dass er etwas mit Vektoren zu tun hat.
Hat es etwas damit zu tun, dass Energie in einer bestimmten Richtung wirkt, also einen Vektor hat?

Tensoren gibt es in unterschiedlichen Stufen. Ein Tensor 0. Stufe ist ein Skalar, ein Tensor 1. Stufe ein Vektor. Einen Tensor 2. Stufe kann man als quadratische Matrix darstellen. In einem n-dimensionalen Raum hat ein Vektor n Komponenten, ein Tensor 2. Stufe n*n Komponenten. Ein Tensor 3. Stufe hat entsprechend n³ Komponenten, usw. Ein anschauliches Beispiel für einen Tensor 2. Stufe ist die Impulsstromdichte: der Impuls an sich ist ein Vektor mit (im 3-dim. Raum) 3 Komponenten p_x, p_y, p_z, jede dieser drei Komponenten wiederum kann prinzipiell in alle drei Raumrichtungen strömen, die Stromdichte jeder einzelnen Komponente ist also selbst wieder ein Vektor. Die Stromdichte aller Komponenten zusammen ergibt somit einen Vektor aus Vektoren, folglich einen Tensor 2. Stufe. Die Komponente T_xy dieses Tensors z.B. beschreibt einen Strom der x-Komponente des Impulses in y-Richtung. In vielen Fällen fließt freilich die x-Komponente nur in x-Richtung, die y-Komponente nur in y-Richtung, und die z-Komponente entsprechend, der Tensor ist dann diagonal, d.h. nur die Komponenten T_xx, T_yy und T_zz sind von null verschieden.

Der Energie-Impuls-Tensor ist nun ein solcher Tensor 2. Stufe, in der 4D-Raumzeit, entsprechend mit 4*4 Komponenten. Beim EM-Feld z.B. ist die Komponente T^00 (das ^ steht für kontravariant, der Index 0 für die Zeit) die Energiedichte, die Komponenten T^01, T^02, T^03 (Indizes 1 bis 3 stehen für die drei Raumrichtungen) bilden einen Vektor im 3D-Raum, die Energiestromdichte bzw. Impulsdichte, ebenso die Komponenten T^10, T^20, T^30 (Diagonalsymmetrie des Tensors), die verbleibenden Komponenten T^ij mit i,j=1,2,3 bilden einen Tensor 2. Stufe im 3D-Raum, die schon genannte Impulsstromdichte.

Das ist ja hoch interessant. Wenn ich es richtig verstehe gibt es hierzu verschiedene Meinungen.

unter Laien vielleicht. Unter Fachleuten eher nicht.