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Wieso zerfällt das Neutron

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von monarch87 » 7. Dez 2011, 23:11

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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 8. Dez 2011, 08:18

Warum-Fragen sind in der Physik schwierig zu beantworten.

Das Neutron zerfällt, weil das Matrixelement <proton, electron, ani-neutrino| T |neutron> mit einem Wechselwirkungsoperator T ungleich Null ist und der Zerfall kinematisch erlaubt ist. Dabei kann T ausgehend von der Lagrangedichte des Standardmodells konstruiert werden. Die Kinematik folgt aus den Massen der beteiligten Teilchen, insbs. der Masse von Proton und Neutron - und diese folgen letztlich wieder aus der Lagrangedichte des Standardmodells.

Diese "Erklärung" ersetzt deine Warum-Frage durch eine andere: Warum gilt das Standardmodell der Elementarteilchenphysik bzw. warum dürfen wir gerade diese Lagrangedichte verwenden?
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von seeker » 8. Dez 2011, 09:43

Wenn man salopp formuliert, kann man dann nicht einfach sagen:

"Weil das Proton (+Elektron, +Neutrino) der energetisch günstigere Zustand ist und daher der wahrscheinlichere Zustand."
...und natürlich: "Weil der Zerfall möglich ist".

Jede Antwort führt dabei natürlich zur nächsten Frage, da hast du recht.

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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 8. Dez 2011, 13:13

seeker hat geschrieben:"Weil das Proton (+Elektron, +Neutrino) der energetisch günstigere Zustand ist und daher der wahrscheinlichere Zustand."
...und natürlich: "Weil der Zerfall möglich ist".
Ja, beides zusammen, wobei das "... und daher der wahrscheinlichere Zustand ..." mit Vorsicht zu genießen ist. Also ganz salopp: "Weil der Zerfall möglich ist"
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 9. Dez 2011, 02:29

Zur Zeit des Urknalls war das Neutron wahrscheinlicher als seine Komponenten. Wenn man die Materie des Universums ausreichend unter Druck setzen könnte, ohne daß es zu einem EH kommt, würden die Teilkomponenten des Neutron sicherlich wieder ineinander gedrückt werden. Beim Abkühlen bzw Ausdehnen des Materiebreis würde sich ein ganz bestimmtes Verhältniss zwischen aufgespalteten und ganzen Neutronen einstellen. Das Zerfallen eines Neutrons im Nachhinein ist jedoch trotzdem noch möglich.
Das ist jetzt natürlich alles Spekulation meinerseits(!), aber es gibt genug ähnliche Systeme in der Chemie.

Kühlt ein 1:2 Sauerstoff-Wasserstoffgemisch(in Form von unter hohem Druck&Temperatur stehenden Wassers) ab, so bleiben einige wenige Sauerstoff und Wasserstoffteilchen übrig die nicht zu Wasser verbrannt sind. Trotzdem besteht die geringe Chance, daß sie sich trotz fehlender Temperatur zu einem Wassermolekül zusammenfinden.

Bei den Komponenten aus denen ein Neutron besteht, ist es ähnlich. Nur daß es hier auf subatomerer Ebene abläuft und die Fusion zu einem Neutron Energie kostet und nicht liefert.


Kleine Nebenfrage meinerseits: Sind Neutronen punktförmig bevor man sie im Teilchenbeschleuniger aufspaltet??
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 9. Dez 2011, 06:53

Skeltek hat geschrieben:Zur Zeit des Urknalls war das Neutron wahrscheinlicher als seine Komponenten. Wenn man die Materie des Universums ausreichend unter Druck setzen könnte, ohne daß es zu einem EH kommt, würden die Teilkomponenten des Neutron sicherlich wieder ineinander gedrückt werden.
Nein.

Es gab nach einiger Zeit ein Plasma freier Quarks und Gluonen(QGP) aus dem nach weitere Abkühung farbneutrale Nukleonen "ausgefroren" sind. Das wird u.a. auch am LHC untersucht
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von seeker » 9. Dez 2011, 09:53

Skeltek hat geschrieben:Kleine Nebenfrage meinerseits: Sind Neutronen punktförmig bevor man sie im Teilchenbeschleuniger aufspaltet??
Neutronen sind nicht punktförmig. Sie haben eine Ausdehnung in der Größenordnung der Protonen, Durchmesser (Neutron): ca. 1,7 fm.
tomS hat geschrieben:Es gab nach einiger Zeit ein Plasma freier Quarks und Gluonen(QGP) aus dem nach weitere Abkühung farbneutrale Nukleonen "ausgefroren" sind.
Wobei "frei" m.W.n. nicht "vereinzelt" bedeutet, sondern eher mit "beweglich" umschrieben werden kann.

Ich möchte monarchs ursprüngliche Frage noch etwas umformulieren; vielleicht wollte er auch das hier wissen:

1. Warum zerfallen freie Neutronen so schnell (in nur ca. 15 min)?
2. Warum sind aber im Atomkern gebundene Neutronen stabil?
3. ...und warum findet man Neutronensterne? Warum zerfallen die nicht?

1. hat zumindest energetische Gründe. Das freie Neuron hat ein höheres Energieniveau als das freie Proton.
2. hat auch zumindest energetische Gründe. Das gebundene Neutron nimmt ein niedrigeres Energieniveau ein, als das freie Neutron.
3. liegt m.W. daran, dass neben dem Neutronenzerfall auch ständig neue Neutronen entstehen. Salopp gesprochen zwingt die ungeheure Schwerkraft ständig freie Elektronen in vorhandene Protonen hinein. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Neutron-Zerfall und Neutron-Genese ein.

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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 9. Dez 2011, 12:44

seeker hat geschrieben:
tomS hat geschrieben:Es gab nach einiger Zeit ein Plasma freier Quarks und Gluonen(QGP) aus dem nach weitere Abkühung farbneutrale Nukleonen "ausgefroren" sind.
Wobei "frei" m.W.n. nicht "vereinzelt" bedeutet, sondern eher mit "beweglich" umschrieben werden kann.
Nein, nicht vereinzelt, sondern sogar extrem dicht; aber gerade dadurch entsteht ein QGP, in dem Quarks und Gluonen in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand existieren.
Gruß
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 9. Dez 2011, 23:09

tomS hat geschrieben:
seeker hat geschrieben:
tomS hat geschrieben:Es gab nach einiger Zeit ein Plasma freier Quarks und Gluonen(QGP) aus dem nach weitere Abkühung farbneutrale Nukleonen "ausgefroren" sind.
Wobei "frei" m.W.n. nicht "vereinzelt" bedeutet, sondern eher mit "beweglich" umschrieben werden kann.
Nein, nicht vereinzelt, sondern sogar extrem dicht; aber gerade dadurch entsteht ein QGP, in dem Quarks und Gluonen in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand existieren.
Ich dachte bei der extremen Dichte und Druck ist es nicht unterscheidbar, ob es dicht gepackte Neutronen oder ihre gleichmäßig verteilten Komponenten sind, die ihre Einzelteile ständig austauschen?
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 9. Dez 2011, 23:21

Es sind definitv keine Neutronen; es gibt auch einen Phasenübergang zwischen Kernmaterie (dicht gepackte Nukleonen) und QGP
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 10. Dez 2011, 20:23

Proton-Elektron-Antineutrino-Gemisch, Neutron und QGP. Du sagst also hier, daß bei Druckzunahme das Gemisch direkt zum QGP und der Neutronenzustand übersprungen wird?
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 10. Dez 2011, 22:42

Nein, unter hohem Druck / Tempertatur wandelt sich Kernmaterie in das QGP um; wird auch am LHC untersucht, in dem z.B. Blei-Ionen aufenander geschossen werden

http://de.wikipedia.org/wiki/Quark-Gluon-Plasma
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 10. Dez 2011, 22:55

Der Umwandlungsprozess zu Neutronen finden möglicherweise nur knapp unterhalb des Drucks statt, der für QGP notwendig ist und benötigt viel Zeit? So wie der Zerfall von Neutronen energetisch günstigeren Zustand bevorzugt, lässt sich das vielleicht umkehren. Im Labor lassen sich solche Umgebungsvariablen leider nicht herstellen um es zu prüfen...
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 10. Dez 2011, 23:08

Skeltek hat geschrieben:Der Umwandlungsprozess zu Neutronen finden möglicherweise nur knapp unterhalb des Drucks statt, der für QGP notwendig ist und benötigt viel Zeit?
Was meinst du damit? Welcher Umwandlungsprozess? Und welche Zeit?
Skeltek hat geschrieben:So wie der Zerfall von Neutronen energetisch günstigeren Zustand bevorzugt, lässt sich das vielleicht umkehren.
Praktisch nicht, weil das Neutron ja in drei Teilchen zerfällt; diese drei Teilchen müssten also kollidieren, was natürlich praktisch nicht realisierbar ist
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 11. Dez 2011, 16:07

Du sagst, daß sich ein Proton-Elektron-Antineutrino-Gemisch, bei ausreichend hohem konstantem Druck direkt in ein Quark-Gluonenplasma verwandelt.
Daß also kein Druck existiert, bei dem sich drei Teilchen zufällig zusammenfinden können(unter hohem Zeitaufwand(t=10^xx a)) und ein Neutron bilden?

Gibt es ein Indiz, das diese Überzeugung untermauert?
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von tomS » 11. Dez 2011, 16:22

Skeltek hat geschrieben:Du sagst, daß sich ein Proton-Elektron-Antineutrino-Gemisch, bei ausreichend hohem konstantem Druck direkt in ein Quark-Gluonenplasma verwandelt.

...

Gibt es ein Indiz, das diese Überzeugung untermauert?
Ich spreche hier rein von einem "Proton-Neutron Gemisch". Siehe hier http://de.wikipedia.org/wiki/Quark-Gluon-Plasma
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von monarch87 » 17. Dez 2011, 10:01

hey thx Leute für die Antworten.
Ich hab mir mal folgendes gedacht:

Ich hab mal gelesen, dass man die Prüfung ob elementar oder nicht so macht, indem man die Teilchen um die eigene Achse dreht, so dass sie auseinander gezogen werden und schaut dann was passiert. Kann man sie dadurch spalten oder nicht..

Auf jeden Fall fand ich folgende Überlegung dazu interessant:

Wenn wir uns vorstellen, dass die ganzen Verwirbelungen bzw. sich um etwas drehen, von Galaxien, von Planeten, von Sonnensystemen, von Teilchen usw. nicht von innen, sondern von aussen zustande kommen, dann könnte das ne Möglichkeit für den Protonenzerfall und ne Antwort auf einige andere Fragen sein.

Und zwar denk ich, dass wenn sich der Umriss dreht, er den Inhalt auch zum drehen bringt. Damit mein ich Konkret dass die "äußeren Ränder" des Universums die Primäre Dreheinheit ist.
Dadurch dass sich die ä. Ränder drehen fangen sich Planten und Galaxien erst an zu drehen.

Ich komm mal schnell auf den Punkt, kann hier nicht oft on :(

Das Universum dreht sich und bringt alles zum drehen. Durch die Drehbewegung wird alles auseinander gerissen. Natürlich halten Kräfte diese versch. Anballungen von Materie zusammen.
So der entscheidene Punkt ist, dass auch die Protonen , Neutronen usw. zum drehen gebracht werden.
Der Knackpunkt:

Die Kraft reicht nur aus, um Protonen zusammen zu halten. Neutronen werden gedreht sehr schnell, sie schaffen es nicht zusammen zu halten und gehen in einen stabilen und energiegünstigeren Zustand über.
Sie geben die überschüssige Energie ab usw.

Deswegen zerfallen sie auch nach 15min. das ist die Zeit des "Widerstandes", bis die auseinanderreissende Kraft (wodurch übrigens dass Universum sich ausdehnen könnte) schließlich das Neutron zu dem zwingt, was passiert.

Und deswegen würde ich gern mal einen Versuch machen:

Ein Neutron schnell um die eigene Achse drehen und schauen, ob es dann schneller auseinanderfällt als sonst.
Kann ja sogar sein,dass dies schon gemacht wurde (also ob es schneller zerfällt, nicht ob es überhaupt zerfällt).
Und überhaupt,dass der Raum selbst non stop dreht und so mit alles zum zirkulieren bringt

Was denk ihr?
:)
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 17. Dez 2011, 19:54

Wie willst du das Neutron denn zum drehen bringen?
Wirbel auf dem untersten möglichen Niveau(Moleküle/Atome) würde ich erzeugen, indem die "angelegten" Drehmomente sich unterscheiden(z.B. Man dreht das Aquarium in eine Richtung und das elektrische Feld wird in die entgegengesetzte Richtung gedreht. Solange beide gleich sind(normiert) wirst du nur die Koordinaten der einzelnen Atome ändern; die spüren dann nicht mal was von dem angelegten Drehmoment.
Vergleichbar ist das mit dem freien Fall, da spürt das einzelne Atom auch nix.

Wenn man sich das Neutron als Überlagerung/Addition mehrerer Matrizen(z.B. Ladungsverteilung und Massenverteilung;Ladung ist ja im Schnitt 0) vorstellt, ist eine 360Grad-Drehung genau dann durchgeführt, wenn beide wieder deckungsgleich sind.
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von monarch87 » 18. Dez 2011, 17:33

Ja aber könnte denn nicht sein, dass auf das Neutron eine nach außen drückende Kraft wirkt, wodurch dieses in einen energiegünstigeren Zustand übergeht, wo es als Proton+Elektr. stabil ist.
Also das Universum als ganzes ein Drehmoment hat und dieses sich natürlich auf die Materie auswirkt. Sie wird auseinander gerissen und die Gravitation ist die Gegenkraft.
Ein Neutron hält diesem Druck maximal 15 min stand und zerfällt dann.
Neutrone sind deswegen in größere Atome gepackt stabiler, weil die Gravitationskräfte dem so standhalten können und sie zusammenhalten.

@ Skeltek
Ja wenn das so möglich wäre, könnte man ja beim Experiment schauen, ob das Neutron bzw. ein einzelnes, dann schneller zerfällt

Ich weiss jetzt nicht, inwiefern solche Exp. schon durchgeführt wurden
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von gravi » 18. Dez 2011, 19:53

Ich kann nicht umhin und muss mal einen Kommentar wagen:
monarch87 hat geschrieben: Neutrone sind deswegen in größere Atome gepackt stabiler, weil die Gravitationskräfte dem so standhalten können und sie zusammenhalten.
Das ist nun wirklich physikalischer Schwachfug[up]3[/up]. Die Elementarteilchen im Atomkern werden durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten. Die Gravitation spielt hier nicht die geringste Rolle.
Du solltest mal ein Physikbuch lesen oder wenigstens meine Homepage inhalieren...bevor Du hier solche Schoten verbreitest. :roll:

Gruß
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von Skeltek » 18. Dez 2011, 23:58

Um auf deine Kernaussage kurz einzugehen: Das Universum muss sich nicht drehen um eine laienhaft gesagt "Fliehkraft" zu erfahren. Man kann jedoch Drehungen auf unterster Ebene erzielen, indem an einer Flüssigkeit unterschiedlich geartete "Hebel" angreifen.
Wenn zum Beispiel an der Materie unterschiedlich gerichtete Drehmomente angreifen(einmal elektrisch, einmal mechanisch). Über kurz oder lang wird das makroskopisch angreifende Drehmoment die Partikel auf kleinster Ebene zur Rotation bringen(solange sie elektrische Polung irgendeiner Form haben). Leider gibt es aber kein makroskopisches das Universum umspannendes Feld, dessen Polung sich um eine Achse dreht. Wenn es so etwas gäbe, wäre das höchstens als eine intrinsische Eigenschaft des Raumes selbst wahrnehmbar; bzw man würde höchstens Sekundäreffekte wahrnehmen, deren Ursache nicht feststellbar ist.

Zum anderen Punkt:
Sollte es eine ToE geben, sind Nullpunktsenergie, die Grundkräfte und Stabilität von Teilchen sicherlich in irgendeiner komplizierten Weise miteinander in Wechselwirkung. Leider fehlen dir denke ich noch einige Fachbegriffe und Grundlagen, um den falschen/Spekulativen Anteil aus deinen Überlegungen herauszufiltern und das danach physikalisch nicht mißverständlich auszuformulieren.
Die Zeit die nötig wäre um mit dir die Grundlagen durchzugehen und zunächstmal größten Wissenslücken zu schließen übersteigt glaube ich die wenige Zeit, die die meisten für dieses Forum überhaupt aufzuwenden in der Lage sind. Ich werd mal gucken ob ich dir außer der Abenteuer Universum Hauptseite noch eine weitere Quelle empfehlen kann. Die Grundlagen grob zu überfliegen dauert denke ich auch nicht so lange, wie wenn es aufgeschrieben wird; is einfach zeitlich sinnvoller...

Von der Idee her fand ich das ganz gut was du zur Stabilität&Gravitation gesagt hast, allerdings fehlt dir noch Wissen über alle anderen beteiligten Mechanismen der Kleinteilchenphysik um zu erkennen, daß deine Vorstellung nicht wirklich in bisher erfoschtes rein passt.

Schönen Gruß, Skel
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von monarch87 » 16. Feb 2012, 11:06

Danke :) Ja ich weiss ich mag das auch nicht, wenn ich mir Theorien ausdenke, die ich mir mit dem richtigen Hintergrundwissen sparen könnte. Und ich hoffe ich nerv keinen, wenn ich eine Theorie aufstelle, bei ein Spezialist direkt erkennt, dass es gar nicht möglich ist. Ich würd das gern können. Arbeite schon daran, aber selbst beibringen ist bisschen schwer.Zum Glück ist es ziemlich interessant! :) das ist das Coole daran.
ja wäre gut, wenn du oder jemand anderes ein paar gute links hat, wo auch evtl. Übungsaufgaben vorhanden sind. Schau mir schon selbst á la Uni-lernstyle die Seiten durch, um das wie in der Schule anzugehen.Hab auch schon Klausuren mit Lösungen gefunden, sowas hilft recht gut. ich les mir hier auch schon fleißig durch. Zurzeit bin ich im Praktikum und 2 stunden hin und 2 zurück und von morgens bis abends arbeiten und hab keine Zeit aber ab März bin ich wieder back .
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von monarch87 » 23. Feb 2012, 15:20

Was ist mit der Vorstellung , dass der Raum sehr leicht positiv geladen ist und das Neutron in einen energiegünstigeren Zustand übergeht, sowie sich zwischen Salzen in Wasser die Hydrathülle ausbildet.
Gibt es da Hinweise oder Gegenbeweise.

Auf die Frage, wie ich ein Kernteilchen zum Drehen bringe könnte- ich weiss hab gegoogelt und hier oder innem anderen Forum gefragt, wie man herausgefunden hat, dass das Proton kein Elementarteilchen ist, mir wurde gesagt, dass man die Atome zum drehen bringt, wodurch nicht Elementarteilchen bei gewissen Energien auseinander gezogen werden, was man erfassen kann.

Naja scheint wohl falsch gewesen oder falsch verstanden sein. Vllt könnte mir das einer nochma erklären oder en Link schicken, wenns ihm nicht soviel ausmacht.

mfg m87 :)
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Re: Wieso zerfällt das Neutron

Beitrag von deltaxp » 17. Aug 2012, 10:09

toms erste antwort ist sehr abstrakt und wie ich aus deinen beiträgen gelesen habe wirst du damit nicht viel anfangen können, nichts desto weniger, beinhaltet sie alles

die antwort ein (freies!) neutron zerfällt in proton, elektron und neutrino weil es das kann (das sagt das T aus) und kinematisch erlaubt ist (energiegünstigerer zustand, also die massen der ezerfallsprodukte geringer.

Letzteres reicht nämlich nicht aus. es gibt denkbare energetisch günstigere zustände, in die ein neutron nicht zerfallen kann. das kennt man auch aus atomphyysik, wo es verbotenen übergänge gibt.

und diese "es ist erlaubt was geht und nicht was gefällt" drückt diese T aus.

und jetzt wirds dann halt abstrakter: es gibt eine theorie. das standard-modell. dieses modell sagt die zerfallsraten mit höchster präzision voraus, dieses modell berücksichtigt dabei keine gravitation, die um zig grössenordnungen kleiner ist als die elektroschwache kraft. das verbirgt sich dann hinter den begriffen wie lagrange-dichte und T-matrix. dieses modell benötigt auch kein neutron, dass man wie ein kreisel drehen muss. (ich mein jetze nicht den spin).

du hast also so einen gedankengang: die fliehkraft könnte die ursache sein. aber dann musst du mit diesem modell die zerfalslraten richtig vorhersagen könnnen UND es muss widerspruchsfrei zu allen anderen gemessenen prozessen sein wo teilchen wie neutronen , elektronen (nd andere beteiligt sind). dann fang mal an :P der gedanke, dass ein neutron durch fliehkraft auseonander gerissen wird, impleziert dass in dem neutron ein proton und ein elektronen und ein neutrino wohnen ! das ist wie man durch streuexperimente schon laaaange nachgewiesen hat nicht der fall. sie bestehen aus quarks und gluonen, da ist kei elektron oder neutrino drin.

zum zweiten: dass neutronen und protonen eine innere struktur und atomkerne einn haben, hat man durchstreuexperimente herausgefunden indem man sie mit elektronen oder positronen quasie durchgeschossen hat. und dabei wurden sie zum teil hart gestreut (wenn sie strukturlos gewesen wären, wie ein glibberpuddig, würden die elektronen kaum gestreut werden.

stell dir das vor, du schiesst mit nem gewehr durch nen wasser beutel, die kugel wird abgebremmst aber streut wenig, aber wenn du da stahlmurmeln drin hast, trifft die gewehrkugelbn die machnmal und sie werden stark gestreut.

tom hat ein wunderbare reihe unter dem thema elementarteilchen physik zum thema standard modell geschrieben, sehr gut strukturiert und so geschrieben. schau mal auf das bildchen vor dem topic: das ist eine schematische darstellung eines protons, ein neutron ist das gleiche, nur 2 d quarks und ein u-quark. und es gibt auch zahlreiche bücher dazu. lies doch erstmal dort, und dann wirst du wahrscheinlich mitkriegen dass ein grossteil deiner fragen dort beantwortet sind und warum deine "theorien" na sagen wir mal vorsichtig formuliert, wenig fundiert sind und mit den beobachtungen eher nichts zu tun haben.

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