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Messung von Teilchenmassen

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Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 15. Feb 2012, 22:14

Hallo allerseits,

für Teilchen werden immer recht genaue Massenangaben mit nur geringen möglichen Abweichungen gemacht. Muss man davon ausgehen, dass Teilchen tatsächlich exakte Massen in den jeweiligen Bereichen haben, oder kann man das auch so verstehen, dass sie möglicherweise keine exakte Masse besitzen, sondern der Massenwert lediglich im Mittel im angegebenen Bereich liegt?
Handelt es sich bei den Messergebnissen also um Teilchen-für-Teilchen-Messungen, oder läuft das so ab, dass eine gewisse Teilchenanzahl wie auch immer "gewogen" und durch deren Zahl geteilt wird?

Gruss

positronium

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von gravi » 16. Feb 2012, 18:44

Ich denke schon dass die Angaben zu den Teilchenmassen sehr exakt sind. Besser noch, die (Ruhe-) Masse eines Teilchens ist eine ganz typische, spezifische Größe für die betrachtete Teilchenart, ebenso wie Ladung oder Spin.

Einige Erläuterungen zur Bestimmung der Massen kannst Du hier einsehen:

http://web.physik.rwth-aachen.de/~erdma ... node4.html

Netten Gruß
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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 16. Feb 2012, 20:47

Vielen Dank für Deine Antwort und den Link!

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von gravi » 17. Feb 2012, 17:41

Gern geschehen! :D

Gruß
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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 3. Apr 2012, 22:16

In dem Zusammenhang habe ich noch einige Lücken. Wäre nett, wenn mir die jemand schliessen würde.

Vom Universum bis zu den Quarks hat man, soweit ich das verstanden habe, kinetische Energien und Bindungsenergien, welche zusammengesetzte Teilchen leichter oder schwerer machen als ihre Bestandteile es vermuten lassen. Wenn man also beispielsweise ein Proton hat, setzt sich dann dessen gravitativ wirkende Energie aus den Massen der Quarks etc., der kinetischen Energie und den verschiedenen Potentialen zusammen? Wirkt also potentielle Energie auch gravitativ, bzw. wie wirkt sich diese auf die gravitative Anziehung aus, wenn man z.B. ein Wasserstoffatom ionisiert und das Proton und Elektron voneinander entfernt? Es muss also etwa durch ein Photon Energie ins Atom getragen werden, die ins Coulomb-Potential fliesst; das Photon ist ja dann als gravitativ wirkende Energie weg - dann müsste doch die "Entfernung" wohl in Form virtueller Photonen die Rolle der Energie des eingefangenen realen Photons übernehmen, oder?
Das bezog sich jetzt nur auf das Coulomb-Potential, aber wie ist das bei den anderen Potentialen? Haben alle diese auch die gleiche Wirkung?
Ist es insgesamt nicht unbefriedigend, Energie verschiedener Quellen die gleiche Wirkung zuzusprechen? Bei Impuls und Potential erscheint mir das noch eher als denkbar, aber die Massen von Elektron und verwandten Teilchen und den Quarks dürften ja ganz anderen Ursprungs sein. Wenn nicht, wäre es doch nötig, auch diese Teilchen als zusammengesetzt anzunehmen, sodass deren Bausteine massen-/energielos sind, die Masse dann also durch deren Kräfte etc. entsteht.
Sollte man an dem Punkt nicht die Frage danach stellen, ob man überhaupt Teilchen eine Energie zuschreiben sollte, sondern vielmehr Zuständen?

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von AlTheKingBundy » 4. Apr 2012, 08:12

Die Exaktheit der Massenbestimmung hängt auch davon ab, wie die Massen bestimmt werden. Z.B. kann man die Massen geladener (relativ stabiler) Teilchen durch Ablenkung in elektromagnetischen Feldern bestimmen. Da hängt es davon ab, wie genau man die Felder und die Flugbahn der Teilchen bestimmen kann. Misst man aufgrund geringer Lebensdauern die Massen nur indirekt über die Zerfallskanäle der Teilchen selbst, so hat man ja Resonanzkurven, die manchmal sehr breit sind und wo die Bestimmung des Maximums (der Masse) nicht so genau zu ermitteln ist. Z.B. sind starke Zerfälle relativ kurzlebig und haben somit sehr breite Resonanzen im Vergleich zu schwachen Zerfällen. Z.B. zerfallen die angeregten Sigma-Baryonen-Zustände fast nur stark.

Quellen des Gravitationsfeldes sind im Energie-Impuls-tenso enthalten, der ganz allgemein zu betrachten ist.
Gruß Al

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 4. Apr 2012, 12:08

Vielen Dank für Deine Antwort!
AlTheKingBundy hat geschrieben:Die Exaktheit der Massenbestimmung...
Aber Du gehst auch davon aus, dass die Massen exakt sind, nur eben deren Bestimmung einmal mehr und einmal weniger genau?
AlTheKingBundy hat geschrieben:Quellen des Gravitationsfeldes sind im Energie-Impuls-tenso enthalten, der ganz allgemein zu betrachten ist.
Was meinst Du damit? - Dass eine genauere Betrachtung der Quellen im Rahmen der ART nicht sinnvoll ist?

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von tomS » 4. Apr 2012, 12:18

Bei stabilen Teilchen liegt prinzipiell (nicht experimentell) eine exakt definierte Masse ohne Unschärfe oder Unsicherheit vor. Allerdings muss diese Masse auf eine Energieskala bezogen werden (Stichwort: Renormierung). Bei instabilen Teilchen liegt eine Massenunschärfe vor, die umgekehrt proportional zur Lebensdauer ist:

http://de.wikipedia.org/wiki/Breit-Wigner-Formel
Gruß
Tom

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 4. Apr 2012, 13:38

Vielen Dank für Deine Antwort!
Das ist interessant. Dann kann man also sagen, dass stabile Teilchen ein tatsächliches Minimum erreichen.
Wenn jetzt aber solche stabilen Teilchen gebunden sind, können sie doch eine noch geringere Masse haben. Es muss also trotzdem einen Weg geben, wie sie Energie verlieren können, oder spielt dabei dann nicht die eigentliche Teilchenmasse sondern die Felder eine Rolle?

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von AlTheKingBundy » 4. Apr 2012, 14:57

Tom hat es besser auf den Punkt gebracht. man muss natürlich unterscheiden zwischen der Messgenauigkeit (ich meinte u.a. damit, dass bei der experimentellen Bestimmung von Wirkungsquerschnitten auch eine Ungenauigkeit zustande kommen kann, aufgrund der Messung zu weniger Ereignisse) und der Heisenbergschen Energie(Massen)-Unschärfe aufgrund der Lebensdauer eines Teilchens.

Zum Energie-Impuls-Tensor meinte ich, dass eine genauere Betrachtung seiner Bestandteile sehr wohl vorgenommen werden muss. Allerdings sind Feldbestandteile des Energie-Impuls-Tensors oft zu vernachlässigen. Die Einsteinschen Feldgleichungen lassen sich auch so formulieren, dass ein Anteil des Energie-Impuls-Tensors die gravitative Feldenergie beinhaltet. Nur gut, dass diese konvergiert :lol:
Gruß Al

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 4. Apr 2012, 15:32

AlTheKingBundy hat geschrieben:Zum Energie-Impuls-Tensor meinte ich, dass eine genauere Betrachtung seiner Bestandteile sehr wohl vorgenommen werden muss. Allerdings sind Feldbestandteile des Energie-Impuls-Tensors oft zu vernachlässigen. Die Einsteinschen Feldgleichungen lassen sich auch so formulieren, dass ein Anteil des Energie-Impuls-Tensors die gravitative Feldenergie beinhaltet. Nur gut, dass diese konvergiert :lol:
Gut, Danke! Man kann also festhalten, dass wenn man es ganz genau nimmt, jede Energie gravitativ wirksam ist, aber ich muss noch einmal darauf zurück kommen, wie das mit der Bindungsenergie ist: Nehmen wir an, Teilchen A habe eine Masse/Energie von 100, Teilchen B eine von 200 und die potentielle Energie betrage 10; kinetische sei 0. Dann hat das Gesamtsystem eine gravitative Wirkung von 310. Kommen sich A und B näher geht potentielle Energie in kinetische über oder wird durch ein Teilchen C weg getragen. Ist das so und bleiben die Massen der Teilchen A und B hier konstant? Oder verlieren auch diese? - Wenn ich nämlich über Bindungsenergie und Kernkraft lese, vermittelt sich mir der Eindruck, als würden die oben genannten A mit 100 und B mit 200 zu z.B. AB 299.

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von gravi » 4. Apr 2012, 19:09

Hier hat sich ja eine spannende Diskussion entwickelt!
Ich stecke leider nicht so tief in der Materie wie unsere Physiker hier, möchte meine Meinung aber auch nicht verschweigen.
positronium hat geschrieben:Nehmen wir an, Teilchen A habe eine Masse/Energie von 100, Teilchen B eine von 200 und die potentielle Energie betrage 10; kinetische sei 0. Dann hat das Gesamtsystem eine gravitative Wirkung von 310.


Ja, so sehe ich das auch. Wenn sich die Teilchen verbinden, z.B. zwei Protonen bei der Kernverschmelzung in der Sonne, so nehmen sie einen energetisch günstigeren Zustand ein - Bindungsenergie wird freigesetzt. Das kann auf verschiedene Weise geschehen, im genannten Fall dadurch, dass ein Positron, ein Neutrino und der für uns wichtige Gammaquant (= Licht + Wärme!) freigesetzt werden. Alles zusammengerechnet, würden wieder Deine 310 Graviwirkungen auf der Waagschale liegen.

Das bedeutet, wenn ich es mir so überlege, dass ein Proton ja eigentlich "leichter" werden müsste, wenn es ein Positron abspaltet, um zum Neutron zu werden. Seine Ruhemasse müsste also geringer sein. Das ist aber wohl ein Trugschluss, die Energie zur Erzeugung des Positrons (und des Neutrinos + Photons) stammt aus der großen kinetischen Energie im Sternzentrum, die ja auch die Teilchen in die Lage versetzt, die Coulombkraft zu durchtunneln. Also bringt auch die kinetische Energie Gravitationswirkung auf die Waage. Im Endeffekt ist dieser ganze Vorgang ja sowieso nichts anderes als die umgewandelte Eigengravitation des Sterns...

Gruß
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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von tomS » 4. Apr 2012, 19:26

Energie ist i.A. in der ART nicht mehr definierbar ...

... aber in den hier betrachteten Fällen einer (asymptotisch = im unendlichen) flachen Raumzeit mit lokalisierten Feldern ist der Energiebegriff gültig. In diesem Fall gilt auch die Erhaktung der Gesamtenergie. Letztere sollte man sich aber nicht so einfach als "Ruheenergie + kinetische Energie + potentielle Energie" vorstellen, diese Aufteilung muss i.A. so nicht gelten.

Wir betrachten den Zerfall eines Neutrons in ein Proton + Elektron + Antineutrino und denken uns den Ort des Zerfalls von einer (sehr großen) Kugelschale umgeben, auf der wir das jeweilige Gravitationsfeld messen. Wenn wir mal den Spin des Neutrons vernachlässigen (oder eben gleich ein skalares Teilchen wie das Pion betrachten), dann ist die gesamte Anordnung vorher exakt kugelsymmetrisch. Da bei einem Beta-Zerfall natürlich der Gesamtdrehimpuls erhalten bleibt, ist die Anordnung auch nach dem Zerfall noch kugelsymmetrisch. D.h. wenn überhaupt, dann könnte sich das Gravitationsfeld nur so ändern, dass es bei Erhalt der Kugelsymmetrie insgs. stärker oder schwächer wird. Aber das tut es nicht, denn aus Symmetriegründen gibt es keine Gravitationsmonopolstrahlung (die niedrigste Ordnung ist die Quadrupolstrahlung). Damit bleibt das Gravitationsfeld also konstant, d.h. die von der großen Kugelschale eingeschlossene Gesamtenergie bzw. die invariante Masse bleiben erhalten

(es gibt eine kleine Lücke in meinem Argument - bin gespannt, wer die findet)
Gruß
Tom

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 4. Apr 2012, 19:59

gravi hat geschrieben:Wenn sich die Teilchen verbinden, z.B. zwei Protonen bei der Kernverschmelzung in der Sonne, so nehmen sie einen energetisch günstigeren Zustand ein - Bindungsenergie wird freigesetzt. Das kann auf verschiedene Weise geschehen, im genannten Fall dadurch, dass ein Positron, ein Neutrino und der für uns wichtige Gammaquant (= Licht + Wärme!) freigesetzt werden. Alles zusammengerechnet, würden wieder Deine 310 Graviwirkungen auf der Waagschale liegen.
Genau. Andernfalls würde die Energie nicht erhalten bleiben, wobei das jedoch nach Toms Posting auch nicht definiert wäre.

Den Knackpunkt sehe ich aber dort, wo keine Umwandlung von Teilchen sondern nur Bindung statt findet.

Bei der Teilchenumwandlung läuft das ja vom Prinzip her so ab: Das Ursprungsteilchen sei ein zu einer 0 geknotetes Seil. Dann verknotet man dieses in der Mitte, sodass eine 8 entsteht. Schliesslich schneidet man einen Bogen weg und schleudert dieses Stück als Photon weg. Die Gesamtseillänge bleibt erhalten.
Wenn aber beispielsweise (wie auf Wikipedia vorgerechnet wird http://de.wikipedia.org/wiki/Massendefekt) zwei Protonen und zwei Neutronen zu einem 4-He verschmelzen und die Bindungsenergie abtransportiert wird, haben die Teilchen insgesamt weniger Masse. Können die Teilchen hier doch unter ihre eigentliche Ruheenergie abfallen? (Gleiches frage ich mich natürlich auch auf Ebene der Quarks.)

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 4. Apr 2012, 20:09

tomS hat geschrieben:Energie ist i.A. in der ART nicht mehr definierbar ...
Muss man annehmen, dass das auch physikalische Realität ist oder ist das nur Folge der Mathematik?
tomS hat geschrieben:Damit bleibt das Gravitationsfeld also konstant, d.h. die von der großen Kugelschale eingeschlossene Gesamtenergie bzw. die invariante Masse bleiben erhalten
Ja, aber was mir nicht in den Kopf will, ist das Verhalten der einzelnen Massen. Oder anders gefragt: Warum ist das 4-He leichter als 2 Protonen + 2 Neutronen? Stammt die Energie des Massendefekts einzig aus der potentiellen Energie oder auch aus den Teilchenenergien? Und misst man dann demnach beim "Wiegen" eines freien Protons und Neutrons die potentielle Energie mit?

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von Kurt » 4. Apr 2012, 23:34

positronium hat geschrieben: Genau. Andernfalls würde die Energie nicht erhalten bleiben, wobei das jedoch nach Toms Posting auch nicht definiert wäre.
Was ist denn Energie?

Und:
Wieso sollte ein Atom rund sein, das geht ja garnicht.

Gruss Kurt
Wir werden erst begreifen wie genial die Natur ist wenn wir erkennen wie einfach sie funktioniert

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von tomS » 5. Apr 2012, 10:27

positronium hat geschrieben:
tomS hat geschrieben:Energie ist i.A. in der ART nicht mehr definierbar ...
Muss man annehmen, dass das auch physikalische Realität ist oder ist das nur Folge der Mathematik?
Was ist Realität?

Energie ist ein mathematisches Konstrukt, das im Falle eines expandierenden Universums nicht mehr definierbar ist (so wie eine "größer als" Beziehung z.B. für komplexe Zahlen ihren Sinn verliert).
positronium hat geschrieben:
tomS hat geschrieben:Damit bleibt das Gravitationsfeld also konstant, d.h. die von der großen Kugelschale eingeschlossene Gesamtenergie bzw. die invariante Masse bleiben erhalten
Ja, aber was mir nicht in den Kopf will, ist das Verhalten der einzelnen Massen. Oder anders gefragt: Warum ist das 4-He leichter als 2 Protonen + 2 Neutronen? Stammt die Energie des Massendefekts einzig aus der potentiellen Energie oder auch aus den Teilchenenergien? Und misst man dann demnach beim "Wiegen" eines freien Protons und Neutrons die potentielle Energie mit?
Der Massendefektes bzw. die Bindungsenergie (das ist so ziemlich das selbe) sind tatsächlich verwandt mit der potentiellen Energie.
Gruß
Tom

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 5. Apr 2012, 11:58

tomS hat geschrieben:Was ist Realität?

Energie ist ein mathematisches Konstrukt, das im Falle eines expandierenden Universums nicht mehr definierbar ist (so wie eine "größer als" Beziehung z.B. für komplexe Zahlen ihren Sinn verliert).
Das leuchtet schon ein.
Aus philosophischer Perspektive betrachtet, muss man doch aber zuerst festhalten, dass es etwas reales geben muss; es muss etwas existieren, weil (so blöd sich das wohl liest) sonst nichts existieren würde. Selbstverständlich kann dieses Etwas für uns völlig abstrakt sein.
Dieses Etwas muss natürlich nicht mit Energie gleich gesetzt werden können, aber Energie muss eine Folge davon sein bzw. auch wenn Energie nur ein mathematisches Konstrukt ist, muss sie dennoch in irgend einer Form durch das Etwas repräsentiert werden.
Zumindest kann ich mir das nicht anders vorstellen.

Deine Frage "Was ist Realität?" ist wahrscheinlich rhetorischer Natur. Trotzdem möchte ich versuchen zu antworten: Für mich muss Realität nicht unbedingt ein Zustand sein. Allein die Existenz des Universums beweist, dass es eine Realität gibt. Mir ist schon klar, dass man allerlei Dinge formulieren kann, die auch beobachtbar sind, welche die für uns offenbare Realität verschwinden lassen, aber dann gibt es dennoch die Formulierung, die real ist bzw. welche die tatsächliche Realität beschreibt.
Damit habe ich keine wirkliche Antwort gegeben. Eine solche kann wohl niemand geben. Aber ich habe, so denke ich, gezeigt, dass es eine Antwort gibt.
tomS hat geschrieben:Der Massendefektes bzw. die Bindungsenergie (das ist so ziemlich das selbe) sind tatsächlich verwandt mit der potentiellen Energie.
Hoffentlich erscheine ich nicht lästig, wenn ich noch einmal nachfrage...
Laut Wikipedia hat der 4-He-Kern eine Masse von 4,00151u, das Proton 1,007276u und das Neutron 1,008665u. Zwei p und zwei n ergeben also zusammen 4,031882u. Man sieht also ganz klar den Massendefekt. Selbst wenn ich jetzt annehmen würde, das Neutron würde soviel Masse verlieren können, dass es so viel wie das Proton wiegt, also die Masse des leichtesten Baryons annimmt, wäre ich noch immer bei 4,029104u, also mehr als der 4-He-Kern hat. Wo kommt also die frei gewordene Bindungsenergie her? Oder kann man das als Hinweis auf die Zusammensetzung der Nukleonen aus u und d sehen? Brauchen die Nukleonen in Verbindung weniger Energie bei der starken WW? Wegen des Coulomb-Potentials müsste ja eigentlich mehr Energie bei so einem Zusammenschluss benötigt werden, oder? Wenn ich damit richtig liegen würde, hiesse das, dass Teilchenmassen nur für elementare, also nicht durch Kräfte zusammengehaltene Teilchen konstant wären. So ein Nukleon hätte also überall eine ganz leicht unterschiedliche Masse, nur e, u und d wären in diesem Fall konstant.

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 5. Apr 2012, 12:02

Kurt hat geschrieben:Was ist denn Energie?
Ganz kurz gesagt, und natürlich nur meine subjektive Meinung: Der Teil des Existenten, der "antreibt".
Kurt hat geschrieben:Und:
Wieso sollte ein Atom rund sein, das geht ja garnicht.
Das geht jetzt etwas am Thema vorbei, aber: Warum geht das nicht?

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von gravi » 5. Apr 2012, 19:19

positronium hat geschrieben: Hoffentlich erscheine ich nicht lästig, wenn ich noch einmal nachfrage...
Laut Wikipedia hat der 4-He-Kern eine Masse von 4,00151u, das Proton 1,007276u und das Neutron 1,008665u. Zwei p und zwei n ergeben also zusammen 4,031882u. Man sieht also ganz klar den Massendefekt. Selbst wenn ich jetzt annehmen würde, das Neutron würde soviel Masse verlieren können, dass es so viel wie das Proton wiegt, also die Masse des leichtesten Baryons annimmt, wäre ich noch immer bei 4,029104u, also mehr als der 4-He-Kern hat. Wo kommt also die frei gewordene Bindungsenergie her? Oder kann man das als Hinweis auf die Zusammensetzung der Nukleonen aus u und d sehen? Brauchen die Nukleonen in Verbindung weniger Energie bei der starken WW? Wegen des Coulomb-Potentials müsste ja eigentlich mehr Energie bei so einem Zusammenschluss benötigt werden, oder? Wenn ich damit richtig liegen würde, hiesse das, dass Teilchenmassen nur für elementare, also nicht durch Kräfte zusammengehaltene Teilchen konstant wären. So ein Nukleon hätte also überall eine ganz leicht unterschiedliche Masse, nur e, u und d wären in diesem Fall konstant.
Nein, Du bist nicht lästig, eher ist es interessant die Sachlage einmal exakt zu klären. Da kann Tom sicherlich mehr dazu beitragen als ich. Ich stelle mir das aber so vor, dass nach Überwindung der Coulomb- Abstoßung der He- Kern einen energetisch günstigeren Zustand darstellt, als es zwei getrennte H- Kerne sind, die nebeneinander vorliegen. Die überschüssige Energie ist dann diese Bindungsenergie.
Bei den diversen chemischen Bindungen treten ja ähnliche Verhältnisse auf. Wasserstoff und Sauerstoff zusammen in einem Eimer stellen ein ziemlich hohes Energiepotential dar, wenn ich sie verbrenne (was reichlich leicht und effektvoll geht) stellt sich ein sehr energiearmer Zustand namens Wasser ein.
(Die Randbemerkungen von "Ihro Merkwürden" Kurt lassen wir hier besser mal beiseite).

Gruß
gravi
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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 5. Apr 2012, 19:43

gravi hat geschrieben:Ich stelle mir das aber so vor, dass nach Überwindung der Coulomb- Abstoßung der He- Kern einen energetisch günstigeren Zustand darstellt, als es zwei getrennte H- Kerne sind, die nebeneinander vorliegen. Die überschüssige Energie ist dann diese Bindungsenergie.
Ja, genau. In der Form habe ich das auch immer wieder gelesen, aber dieser "energetisch günstigere Zustand" erscheint mir wie ein Symptom und die Erklärung für Laien wie mich als Placebo. :wink:
gravi hat geschrieben:Bei den diversen chemischen Bindungen treten ja ähnliche Verhältnisse auf. Wasserstoff und Sauerstoff zusammen in einem Eimer stellen ein ziemlich hohes Energiepotential dar, wenn ich sie verbrenne (was reichlich leicht und effektvoll geht) stellt sich ein sehr energiearmer Zustand namens Wasser ein.
Wie ich mir das momentan vorstelle, ist das was Du schreibst, also die Bindung im Molekül und die Bindung der Elektronen mit dem Coulomb-Potential zu erklären und wenn man tiefer geht die starke WW. Aber es scheint ja immer nicht nur potentielle Energie sondern auch Masse freigesetzt zu werden - das soll ja auch beim Elektroneneinfang der Fall sein, also Massen von e+p > H.
Irgendwie komme ich dann aber immer auf nicht konstante Massen. :roll:

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von tomS » 6. Apr 2012, 11:32

Nehmen wir ein einfaches Wasserstoffatom sowie seine Bestandteile, ein Proton und ein Elektron. Wenn man letztere zusammenbringt, "fällt das Elektron in den Grundzustand des Wasserstoffatoms", dabei wird ein Photon frei, dessen Energie von 13.6 eV gerade der Bindungsenergie (oder umgekehrt der Ionisierungsenergie) entspricht. 13.6 eV als Massendefekt sind winzig im Vergleich zu den 511 keV/c² Ruhemasse des Elektrons oder gar den knapp 1 GeV/c² Ruhemasse des Protons. Dennoch handelt es sich im Prinzip um den selben Effekt.

Im Falle des He-4 Atomkernes (des Alphateilchens) wäre der selbe Prozess mit Eingangszustand 2p+2n unter Aussendung von Gamma-Quanten möglich, aufgrund von vier Stoßpartner ist das jedoch extrem unwahrscheinlich. In der Sonne findet findet ein mehrstufiger Prozess statt, die sogenannte Proton-Proton-Reaktion. Wie auch immer - die Bindungsenergie wird als kinetische Energie von Sekundärteilchen frei; umgekehrt kann durch geeignete Zufuhr von kinetischer Energie der gebundene Zustand wieder aufgebrochen werden (so wie bei der Ionisierung des Wasserstoffatoms).
Gruß
Tom

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 6. Apr 2012, 14:38

Jetzt habe ich lange versucht, meine Gedanken zu formulieren, aber eigentlich bleibt von dem Text nur untenstehendes übrig.
--------------------------------------------------

Danke für die Erklärung. Bis zu dem Punkt ist mir das aber vom Prinzip her klar. Das ist sozusagen die Bilanz der Vorgänge.

Warum sind aber u.a. Nukleonen im gebundenen Zustand leichter als alleine? Sie haben einerseits alleine eine fest definierte Ruhemasse und andererseits können sie von dieser im gebundenen Zustand doch verlieren.
Ausserdem gibt es ja nicht nur den Grundzustand und "den anderen" sondern unendlich viele Energieniveaus, also kann es folglich keine feste Ruhemasse geben.

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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von tomS » 6. Apr 2012, 14:50

positronium hat geschrieben:Warum sind aber u.a. Nukleonen im gebundenen Zustand leichter als alleine?
Genauso wie im Falle des Wasserstoffatoms. Es ist 13.6 eV/c² leichter als die Summe der Einzelmassen.
positronium hat geschrieben:Sie haben einerseits alleine eine fest definierte Ruhemasse und andererseits können sie von dieser im gebundenen Zustand doch verlieren.
Jein; nicht Proton und Neutron an sich werden leichter, sondern der gebundenen Zustand als ganzes; Proton und Neutron als individuelle Teilchen existieren dann nur noch in einem sehr eingeschränkten Sinne
positronium hat geschrieben:Ausserdem gibt es ja nicht nur den Grundzustand und "den anderen" sondern unendlich viele Energieniveaus
Im Falle des Wasserstoffatoms tatsächlich unendlich viele; und jeder einzelne hat eine eigene Ruhemasse!
Gruß
Tom

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positronium
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Re: Messung von Teilchenmassen

Beitrag von positronium » 6. Apr 2012, 15:10

tomS hat geschrieben:Proton und Neutron als individuelle Teilchen existieren dann nur noch in einem sehr eingeschränkten Sinne
tomS hat geschrieben:Im Falle des Wasserstoffatoms tatsächlich unendlich viele; und jeder einzelne hat eine eigene Ruhemasse!
Vielen Dank! Das beantwortet meine Frage. :)

Dann muss man aber resümieren, dass die Ruhemassen aus Tabellen die Massen sind, welche die Teilchen bei den recht hohen Quantenzuständen in den Messapparaturen annehmen. Sie sind also so lala konstant.
Theoretisch könnte es doch dann sogar einen Bereich im Universum geben, in den sie mit ihrer bei uns gemessenen Energie nicht vordringen können, weil dort die Quantenzahlen zu gross werden, oder?

Wie ist das mit den Quarkmassen? Sind deren Angaben sinnvoll interpretierbar, weil für diese ja so etwas wie Freiheit gar nicht existiert?

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