Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Quantenmechanik, Unschärfenrelation, Welle-Teilchen-Dualismus, Rechenmethoden sowie Interpretation der Quantenmechanik, Quantenfeldtheorie
Siebenstein
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Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 18. Feb 2017, 01:12

Ich frage mich, wie die neueste Entdeckung bzw. Veröffentlichung am Cern in dieser Diskussion eigehen sollte oder muss.

Die Messergebnisse müssen sicher noch unabhängig bestätigt werden:

Zwei fast mit Lichtgeschwindigkeit knapp aneinander vorbei fliegende BleiIonen erzeugen ein so starkes Elektromagnetisches Feld, dass zwei Photonen daraus entstehen können, die zuvor miteinander kollidiert sein mussten.

Damit ist das Standardmodell am Ende und vielleicht auch die Maxwell'schen Gleichungen als unvollständig entlarvt.

Solange das nicht geklärt ist, sind Diskussionen um KoordinatenSysteme knapp vor und hinter einem EreignisHorizont vermutlich hinfällig.

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 18. Feb 2017, 08:38

Ich habe das Thema abgetrennt. Mit der ART hat das nichts zu tun.

Vielmehr geht es um das:

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21 ... 02-16.html
https://arxiv.org/abs/1702.01625
Erste Streuung von Licht an Licht
Experimenteller Nachweis von Photonen-Wechselwirkung am LHC

Nach 80 Jahren endlich nachgewiesen: Physiker haben erstmals die Streuung von Licht an Licht beobachtet – ein Phänomen, dass in der klassischen Physik als unmöglich gilt. In der Quantenphysik jedoch wurde eine solche Photonen-Wechselwirkung schon 1935 vorhergesagt. Der erste experimentelle Nachweis gelang nun bei Kollisionen von Bleikernen im Teilchenbeschleuniger LHC.
Siebenstein hat geschrieben:
18. Feb 2017, 01:12
Damit ... [sind] die Maxwell'schen Gleichungen als unvollständig entlarvt.
Dass sie das im Rahmen der QED sind, wissen wir seit ca. 80 Jahren. Genauer: die Maxwellsche Theorie ist die nullte = klassische Näherung an die QED.
Siebenstein hat geschrieben:
18. Feb 2017, 01:12
Damit ist das Standardmodell am Ende ...
Nein, keineswegs! Es handelt sich ganz im Gegenteil um den Nachweis eines winzigen Effektes, den man seit Jahrzehnten im Rahmen des Standardmodells kennt.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Two-photon_physics
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Delbrück_scattering

Die ersten Überlegungen von Heisenberg und Euler.

http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01343663
https://arxiv.org/abs/physics/0605038
Siebenstein hat geschrieben:
18. Feb 2017, 01:12
Die Messergebnisse müssen sicher noch unabhängig bestätigt werden.
Für dieses spezielle Experiment hast du recht. Grundsätzlich ist der Effekt jedoch in anderen Experimenten indirekt bereits mehrfach bestätigt. Indirekt deswegen, weil ein direkte Photon-Photon-Streuung z.B. bei sich kreuzenden Laserstrahlen aufgrund des winzigen Wirkungsquerschnitts leider unterhalb der Messgenauigkeit liegt.

Wie man anhand der Feynmandiagrammen auf Seite 2 in https://arxiv.org/abs/1702.01625 erkennt, liegt eine Photon-Photon-Streuung, vermittelt durch einen Elektron-Positron-Loop zugrunde (a). Dieser ist aufgrund der vier Vertizes sowie der Masse des Elektrons hochgradig unterdrückt. Am CERN werden keine realen Photonen wie z.B. bei sich kreuzenden Laserstrahlen "verwendet", sondern "virtuelle" Photonen aus dem elektromagnetischen Feld der Blei-Blei-Kollision. Diese streuen aneinander (b).

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Gruß
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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 18. Feb 2017, 09:10

Siebenstein hat geschrieben:
18. Feb 2017, 01:12
Damit ist das Standardmodell am Ende und vielleicht auch die Maxwell'schen Gleichungen als unvollständig entlarvt.
Diese Aussage ärgert mich!!

Du hast von diesem Thema ja irgendwo gelesen. Wenn du dir die Mühe gemacht hättest, die von mir oben genannte Quelle zu lesen (deutsch, allgemeinverständlich, Zusammenfassung in den ersten Sätzen), dann hättest du feststellen müssen, dass man exakt die gegenteilige Schlussfolgerung zieht wie du.

Ist das der Nechanismzs, wie "fake news" entstehen? Eine korrekte und an sich nicht spektakuläre Nachricht wird erstens aufgeblasen und zweitens ins Gegenteil verkehrt.
Gruß
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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von belgariath » 18. Feb 2017, 13:34

tomS hat geschrieben:
18. Feb 2017, 08:38
[...]
Grundsätzlich ist der Effekt jedoch in anderen Experimenten indirekt bereits mehrfach bestätigt. Indirekt deswegen, weil ein direkte Photon-Photon-Streuung z.B. bei sich kreuzenden Laserstrahlen aufgrund des winzigen Wirkungsquerschnitts leider unterhalb der Messgenauigkeit liegt.
[...]
Der Streuquerschnitt von Photon-Photon-Streuung ist rund 10000 mal kleiner als der vom konkurrierenden Prozess Photon-Photon-Paarbildung. Ist das wirklich so klein, dass die Wechselwirkung unter der Nachweisschwelle liegt? Man könnte doch zum Beispiel die Energie von zwei Laserstrahlen so einstellen dass Paarbildung noch nicht einsetzt.

Naiv gedacht ist das schon komisch: Man kann relative Längenänderungen von 10-21 (Gravitationswellen) messen, aber direkte Photon-Photon-Streuung nicht. Naiv stelle ich mir ein Experiment zur direkten Messung von Photon-Photon-Streuung viel simpler vor als eines zur Gravitationswellen-Messung. Wo ist mein Denkfehler?
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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 18. Feb 2017, 19:27

Ich habe hier einen Artikel mit einigen interessanten Formeln gefunden https://arxiv.org/pdf/1111.6126.pdf. Ich denke, es wäre interessant, das Ergebnis z.B. mit der Comptonstreuung zu vergleichen, genauer: dem gestreuten Photon.
Gruß
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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 22. Feb 2017, 21:32

Vielleicht habe ich das Experiment falsch verstanden oder nicht richtig gelesen.

Es handelt sich bei dem Experiment doch nicht um Photonen (virtuell oder nicht) von Blei-Blei-Kollisionen (Ionen), sondern um "Beinahezusammenstöße", also um keine direkten Kollisionen!

Seit wann kann man so einen "Effekt" durch Feynman-Diagramme darstellen?
Vielleicht muss man ja auch "virtuelle Kollisionen" einführen?
Ich habe eine tiefe Überzeugung, dass eine reale Wirkung auch auf eine reale Ursache rückführbar sein sollte und nicht teilweise auf virtuelles.

Wer weiß, irgendwann führt die theoretische Physik vielleicht auch noch "virtuelle Feynman Diagramne" ein, um bestimmte Modelle retten zu können.

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 23. Feb 2017, 06:52

Mir ging es nicht um ein einfaches Missverständnis
Siebenstein hat geschrieben:
22. Feb 2017, 21:32
Es handelt sich bei dem Experiment doch nicht um Photonen (virtuell oder nicht) von Blei-Blei-Kollisionen (Ionen), sondern um "Beinahezusammenstöße", also um keine direkten Kollisionen!
Ja, dabei handelt es sich um einen ganz gewöhnlichen Streuprozess.
Siebenstein hat geschrieben:
22. Feb 2017, 21:32
Seit wann kann man so einen "Effekt" durch Feynman-Diagramme darstellen?
Schon immer. Siehe das Bild oben, insbs. das rechte Diagramm.
Siebenstein hat geschrieben:
22. Feb 2017, 21:32
Vielleicht muss man ja auch "virtuelle Kollisionen" einführen?
Quatsch.
Siebenstein hat geschrieben:
22. Feb 2017, 21:32
Ich habe eine tiefe Überzeugung, dass eine reale Wirkung auch auf eine reale Ursache rückführbar sein sollte und nicht teilweise auf virtuelles.
"Virtuell" ist lediglich ein technischer Begriff für ein mathematisches Objekt.
Siebenstein hat geschrieben:
22. Feb 2017, 21:32
Wer weiß, irgendwann führt die theoretische Physik vielleicht auch noch "virtuelle Feynman Diagramne" ein, um bestimmte Modelle retten zu können.
Quatsch.

Hier liegt eine ganz gewöhnliche Rechnung im Rahmen der QED vor. Nicht gerade "textbook", aber unter Fachleuten seit Jahrzehnten bekannt. Das essentiell neue ist der experimentelle Nachweis.
Gruß
Tom

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 25. Feb 2017, 01:22

Ganz gewöhnlicher Streuprozesse?

Streuprozesse habe ich bisher immer als Wechselwirkung zwischen Photonen und Masseteilchen (Gitter oder Atome) verstanden.

Aber Streuung zwischen reinen Photonen oder reinen Masseteilchen (Wechselwirkungen zwischen DeBroglie Materiewellen) die real messbare Photonen erzeugen, das ist für mich unglaublich und neu.

Warum können die Maxwell'schen Gleichungen das nicht erklären?

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 25. Feb 2017, 08:02

Siebenstein hat geschrieben:
25. Feb 2017, 01:22
Aber Streuung zwischen reinen Photonen oder reinen Masseteilchen, die real messbare Photonen erzeugen, das ist für mich unglaublich und neu.
Wie gesagt, die Physiker kennen die theoretische Möglichkeit seit ca. 80 Jahren. Und spätestens seit den Arbeiten Feynmans et al. sind die mathematischen Metoden ausgereift.
Siebenstein hat geschrieben:
25. Feb 2017, 01:22
Warum können die Maxwell'schen Gleichungen das nicht erklären?
Wenn ich im Vakuum zwei sich kreuzende Lichtstrahlen betrachte, dann durchdringen sich diese nach Maxwell ohne gegenseitige Beeinflussung, weil die Maxwellgleichungen linear sind. Die Summe elektromagnetischen Felder beider Strahlen ist wieder eine Lösung der Maxwellgleichungen. In der QED treten zusätzliche nicht-lineare Terme auf, aus denen die Streuung resultiert. Diese Terme sind in den Maxwellgleichungen nicht vorhanden.
Gruß
Tom

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 25. Feb 2017, 20:44

Okay, vielen Dank für diese Erklärung!

Aber was ist mit zwei sehr oder beliebig nahe aneinander vorbeischrammende Blei-Ionen in einem Teilchenbeschleuniger?

Wieso können diese schweren Masseteilchen (Materiewellen) ebenso Photonen erzeugen und warum ist dieser Effekt z.B. nicht mit vergleichsweise leichten Helium-Ionen möglich?

Blei ist das stabile Endprodukt des radioaktiven Zerfalls von Uran.

Für mich ergibt sich jetzt die Frage, was passiert bei radiiaktiv strahlenden Uran-Ionen (dasselbe Experiment)?

Wie sieht dann das entsprechende Feynman-Diagramm aus? Für mich wäre das rein logisch die nächste Frage!

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 26. Feb 2017, 09:36

Die "virtuellen" Photonen, die zur Streuung beitragen, stammen aus den elektromagnetischen Feldern der Blei-Ionen. Das hat lediglich etwas mit der Ladung der Blei-Ionen zu tun. Diese um ein Vielfaches höher als bei Helium, also ist das elektromagnetische Feld stärker; konkret geht in die Wechselwirkung zweier Ionen mit Ladung Q der Term Q2 ein, bei Blei mit Q = Ne demnach N2e mit N = 82 ( bei Helium N = 2).

Mit Radioaktivität hat das nichts zu tun, für Uran sähe das fast identisch aus.
Gruß
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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von ullrich » 27. Feb 2017, 20:05

Vor langer Zeit habe ich mal einen Satz in einem Buch über Laserphysik gelesen, daß der Wirkungsquerschnitt derart klein ist, daß man Größenordnungsmässig 10^72 W/cm² (oder auch mm²- nagelt mich da nicht fest) benötigt, um ein reale Photon-Photon-Wechselwirkung zu erzielen bzw. zu messen. Das ist schon eine Weile her, also ist das bestimmt nicht 'das Ende des Standardmodells'. Nun hat das Cern-Experiment Atlas 13 (!) Ereignisse aus 4 Billionen herausgefiltert, die auf eine Photon-Photon-Wechselwirkung hindeuten. Es bleibt also (noch) abzuwarten, ob noch mehr Ereignisse gemessen werden können.

Gruß

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 28. Feb 2017, 06:32

ullrich hat geschrieben:
27. Feb 2017, 20:05
Vor langer Zeit habe ich mal einen Satz in einem Buch über Laserphysik gelesen, daß der Wirkungsquerschnitt derart klein ist, daß man Größenordnungsmässig 10^72 W/cm² (oder auch mm²- nagelt mich da nicht fest) benötigt, um ein reale Photon-Photon-Wechselwirkung zu erzielen bzw. zu messen. Das ist schon eine Weile her, also ist das bestimmt nicht 'das Ende des Standardmodells'.
Was meinst du mit 'das Ende des Standardmodells'? Die Vorhersagen haben sich nicht geändert; die direkte Photon-Photon-Streuung ist m.W.n. weiterhin weit jenseits der experimentell erreichbaren Energiedichten.
ullrich hat geschrieben:
27. Feb 2017, 20:05
Nun hat das Cern-Experiment Atlas 13 (!) Ereignisse aus 4 Billionen herausgefiltert, die auf eine Photon-Photon-Wechselwirkung hindeuten.
Bei der am CERN betrachteten Streuung handelt es sich um einen Effekt virtueller, jedoch 'fast reeller' Photonen; deren Quadrat des Viererimpulses ist in sehr guter Näherung Null.
Gruß
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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 28. Feb 2017, 23:55

Ein Effekt virtueller, jedoch fast reeller (oder realer Photonen?) erinnert mich an Tunneleffekten in der Quantenmechanik, aber ein inneres Gefühl sagt mir, dass das eine mit dem anderen nichts zu tun hat.

Okay, waa ist der Ausgangspunkt?

Zwei Blei-Ionen jeweilig mit fast entgegengesetzt beschleunigter Lichtgeschwindigkeit schrammen knapp aneinander vorbei und erzeugen dadurch zwei reale (weil messbare) Photonen.

Aber wie knapp und oder wie oft müssen sie aneinander vorbeischrammen, um diesen Effekt oder Messung zu verifizieren?

Meine Frage:
Um diese Ionen im Cern ringförmig zu beschleunigen, braucht man (quasi statische elektrische und magnetische Felder).

Haben diese äußeren Felder keinen Einfluss im Standardmodell und auf das Ergebnis der realen Messungen?

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von ullrich » 1. Mär 2017, 07:10

Was meinst du mit 'das Ende des Standardmodells'? Die Vorhersagen haben sich nicht geändert; die direkte Photon-Photon-Streuung ist m.W.n. weiterhin weit jenseits der experimentell erreichbaren Energiedichten.
Ich meinte, dass das eben nicht 'das Ende des Standard-Modells ist, weil, wie Du schon richtig bemerkt hast, die Energiedichten für eine WW 'echter', also reeller Photonen so hoch sind, dass man solche Experimente (derzeit?) nicht durchführen kann. Wir liegen mit FEL-Quellen bei 10^34 W/cm² - das ist noch mindestens 30 (!) Größenordnungen entfernt davon, echte WW zu erzeugen. (Wäre es ein 'in Frage Stellen des SMs', hätte es dazu schon einige Forschungen gegeben oder zumindest theoretische Arbeiten. Davon ist mir aber nichts bekannt)
Meine Frage:
Um diese Ionen im Cern ringförmig zu beschleunigen, braucht man (quasi statische elektrische und magnetische Felder).

Haben diese äußeren Felder keinen Einfluss im Standardmodell und auf das Ergebnis der realen Messungen?
Zunächstmal sind es keine statischen E-Felder, sondern Wechselfelder in den Cavities (Beschleunigungsstrecken), aber das war glaube ich nicht der Kern der Frage. Die WW findet ja im Experiment statt, welches im Verhältnis weit weg von Beschleunigung und Kreisbahn-Führung aufgebaut ist. Vor und hinter dem Experiment sind gerade Strecken, in denen nur noch eine Fokussierung stattfindet, um einen möglichst kleinen Strahlquerschnitt und damit eine hohe Ereignisrate zu erzeugen. Interessanter ist die Frage, in welchem Maße die Magnetfelder des Experiments selbst das eigentliche Ereignis beeinflussen.

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 4. Mär 2017, 22:52

Heißt das, dass im Moment der "Fast-Kollision" nur noch ein Magnetfeld vorhanden ist, sich die Blei-Ionen also noch auf einer beschleunigten Kreisbahn befinden?

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 7. Mär 2017, 00:45

Okay, das heißt, dass beim Cern-Experiment im Moment der senktecht, knapp aneinander vorbleifliegenden BleiIonen keine Kreisbahn (Kein magnetisches Feld) und auch kein elektrisches (beschleunigtes Feld) vorhanden ist, also nur das Eigenfeld der "relativistischen Ionen"?

Die starken Magnetfelder vom Atlas-Detektor haben doch keinen Einfluss auf das Experiment, oder?

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 7. Mär 2017, 10:33

Die elektromagnetischen Felder des Beschleunigers haben keinen Einfluss, da sie um viele Größenordnngen kleiner sind als die Felder der Blei-Ionen bei streifendem Stoß.
Gruß
Tom

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 11. Mär 2017, 23:10

Momen noch mal! Jetzt mal Butter bei doe Fische:
Befinden sich Ionen (egal wie schwer) beim Cern im Moment der Kollision oder Fast Kollision auf einer Kreisbahn oder nichr?

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 12. Mär 2017, 10:31

Die Strahlsegmente durch die Experimente sind nicht gekrümmt, also keine Kreisbahn.
Gruß
Tom

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 18. Mär 2017, 02:55

Das heißt also, dass zwei knapp aneinander relativistisch vorbleifliegende elektrische Ladungen Photonen erzeugen können, allein aufgrund ihrer elektrsichen Felder, also ohne Magnetfelder...

Kann man das allein mit den derzeit gültigen Maxwell'schen Gleichungen erklären?

Nicht wirklich, oder?

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 18. Mär 2017, 12:11

Siebenstein hat geschrieben:
18. Mär 2017, 02:55
Das heißt also, dass zwei knapp aneinander relativistisch vorbleifliegende elektrische Ladungen Photonen erzeugen können, ...

Kann man das allein mit den derzeit gültigen Maxwell'schen Gleichungen erklären?
Die Maxwell'schen Gleichungen beschreiben die klassischen elektromagnetischen Felder. Die hier betrachteten Effekte treten erst im Rahmen der Quantenelektrodynamik auf; klassische elektromagnetischen Felder wechselwirken nicht miteinander und werden nicht mittels Photonen beschrieben.

Ich dachte, es wäre von Anfang an klar, dass es sich um Effekte der Quantenelektrodynamik handelt. Siehe dazu den eingangs zitierten Artikel:
In der Quantenphysik jedoch wurde eine solche Photonen-Wechselwirkung schon 1935 vorhergesagt.
Gruß
Tom

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 19. Mär 2017, 22:34

Ja das stimmt, klassische elektromagnetische Felder wechselwirken nicht miteinander aufgrund der vier Maxwell'schen Gleichungen (Was ist mit relativistischen elektrischen Feldern?).

Jetzt wurde offenbar eine direkte Wechaelwirkung zwischen Photonen beim Cern gemessen und damit nachgewiesen.

Die Frage muss doch jetzt sein: Was ist die Ursache oder besser ausgedrückt, dir richtige Modellvorstellung dafür?

Natürlich kann man jetzt sehr schnell Effekte der Quantenmechanik (QED) heranziehen für Erklärungsversuche. Vielleicht ist die Erklärung ja richtig, aber ein Beweis ist das m.E. noch nicht.

Quantenmechanische Erklärungen gehen immer auch mit einer gewissen Kapitulation von Modellvorstellungein einher aus meiner Sicht.

BleiIonen sind sehr schwer und elektrische Ladungen sind immer auch massebehaftet.

Die Maxwell'schen Gleichungen gehen von masselosen Punktladungen aus, die in der Realität aber nicht existierem.

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von tomS » 19. Mär 2017, 22:45

Siebenstein hat geschrieben:
19. Mär 2017, 22:34
Ja das stimmt, klassische elektromagnetische Felder wechselwirken nicht miteinander aufgrund der vier Maxwell'schen Gleichungen (Was ist mit relativistischen elektrischen Feldern?).
Die Maxwell'schen Gleichungen beschreiben relativistische elektromagnetische Felder.
Siebenstein hat geschrieben:
19. Mär 2017, 22:34
Die Frage muss doch jetzt sein: Was ist die Ursache oder besser ausgedrückt, dir richtige Modellvorstellung dafür?

Natürlich kann man jetzt sehr schnell Effekte der Quantenmechanik (QED) heranziehen für Erklärungsversuche. Vielleicht ist die Erklärung ja richtig, aber ein Beweis ist das m.E. noch nicht.
Wenn die seit Jahrzehnten vorhergesagte und in anderen Experimenten indirekt bestätigte Wechselwirkung der Vorhersage der QED entspricht, dann ist das jedenfalls ein sehr gutes Argument für die Gültigkeit der QED.
Siebenstein hat geschrieben:
19. Mär 2017, 22:34
Quantenmechanische Erklärungen gehen immer auch mit einer gewissen Kapitulation von Modellvorstellungein einher aus meiner Sicht.
Um das jetzt mal klarzustellen: du hast keine Ahnung von Physik und solltest einfach mal etwas lernen, bevor du ständig an etablierten und 'zig-fach bestätigten Theorien rumkritisierst, von denen du letztlich nichts verstehst.
Gruß
Tom

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Re: Photon-Photon-Streuung am CERN nachgewiesen

Beitrag von Siebenstein » 20. Mär 2017, 00:24

Na schön.

Eine Punktladung hat ein radialsymmetrisches Feld nach außen.

Eine relativistisch bewegte Punktladung hat nach vorne und nach hinten für v -> c kein messbares elektrisches Feld mehr gegenüber einem ruhenden Bezugssystem, das heißt das Feld wirkt bei diesem Grenzfall nur noch zweidimensional, so meine Modellvorstellung.

Aber vielleicht habe ich damals in der Vorlesung "Technische Elektrodynamik" ja auch was nicht richtig oder falsch verstanden.

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