Frage von blablabl23, 115

Elektron+Proton-> Neutron?

Hi,
Wir sollen für Physik herausfinden wieso ein Elektron und ein Proton zusammen nicht die Masse eines Neutrons haben. Wir nehmen nämlich gerade Rdaioaktivität durch und beim b- Zerfall ist es ja so, dass sich ein Neutron in ein Proton und ein Eletkron aufspaltet. Da aber ein Proton und ein Elektron laut unserer Angaben nicht die Masse eines Neutrons haben, fragen wir uns wo die Masse hin ist und wie das zustande kommt. Es könnte aber auch sein, dass unsere Angabe falsch sind.
Ich weiß, dass die Frage ziemlich kompliziert ist, aber es wäre echt toll, wenn jemand eine Antwort hätte.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von danacos, 92

Dazu gibt's mehrere Dinge zu sagen:

1) Beta-Minus-Zerfall heißt, ein Neutron wandelt sich um in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. (Das Antineutrino hat eine seeeehr kleine Masse.)

2) Die Massen von Proton, Elektron und Antineutrino sind zusammen kleiner als die Masse des Neutrons. Die fehlende Masse geht in Form von Energie (E=mc^2) davon. Die enstehenden Teilchen fliegen sehr schnell davon (außer das Proton falls es im Kern ist). Die nehmen die Energie als kinetische Energie mit.

3) Wenn das Ganze in einem Atomkern stattfindet, passiert noch mehr. Man muss nämlich für die Gesamtenergie (man betrachtet die Energie anstatt der Masse) die Bindungsenergie des Kerns miteinrechnen. Über die Bindungsenergie des speziellen Kerns entscheidet sich erst, ob ein Zerfall überhaupt stattfinden kann. Außerdem kann den Kern nach dem Zerfall einen angeregten, sprich höherenergetischen Zustand haben. Das heißt, der Kern kann einen Teil der Energie aufnehmen.

4) Es gibt auch den gegenteiligen Fall, dass sich ein Proton in ein Neutron, Positron und Elektron-Neutrino verwandelt (Beta-Plus-Zerfall). Dabei taucht scheinbar Masse aus dem Nichts auf. Hier kommt die Masse bzw. Energie aus der Bindungsenergie des Kerns.

Antwort
von indiachinacook, 54

Ein Elektron plus ein Proton ergeben kein Neutrino, genausowenig umgekehrt, denn diese von Dir vorgeschlagene Reaktion

n⁰  ⟶  e⁻ + p⁺

bricht einen Erhaltungssatz, nämlich den der Leptonenzahl. Das Elektron ist ein Lepton, Proton und Neutron sind keine (sondern Baryonen). Deshalb geht hier etwas verloren, was (nach dem Standardmodell) nicht verloren gehen darf. Richtig heißt es

n⁰  ⟶  e⁻ + p⁺ + νₑ*

wobei das νₑ* ein Elektronen-Antineutrino ist. Das zählt in der Leptonenzahl negativ, und daher stimmt die Bilanz jetzt.

Dieser Prozeß ist der Zerfall des Neutrons, denn Neutronen sind instabil (die Halbwertszeit beträgt nur ein paar Minuten). Glücklicherweise werden die Neutronen in Atomkernen durch die Bindung mit den Protonen stabilisiert und zerfallen meist nicht (wenn sie es doch tun, dann sagt man, der betreffende Kern ist ein β⁻-Strahler).

An der Massenbilanz ändert das Neutrino nichts, weil seine Masse unwahr­schein­lich klein ist (gemessen hat sie bisher noch niemand). Aber der Zerfall von Neutronen liefert ja auch Energie, und wegen E=mc² merken wir das als Massenverlust beim Zerfall (die freiwerdende Energie trägt sozusagen Masse weg). Ein Neutron ist also schwerer als ein Elektron plus ein Proton, auch wenn es nur winzige Bruchteile (>Tausendstel) der Gesamt­masse sind. Das ist so wenig, daß man es nur merkt, wenn man genau hinsieht.

Dasselbe gilt auch für chemische Reaktionen.

C + O₂ ⟶ CO₂ + Energie

Das CO₂-Molekül ist leichter als die Summe von C und O₂, und die Differenz entspricht nach E=mc² der Reaktionsenergie.  Aller­dings liefern chemische Reaktionen viel weniger Energie als die Reaktionen von Elementar­teilchen, und daher kann man das für die meisten Fragestellungen getrost ver­nachläs­sigen.

Antwort
von Epicmetalfan, 49

bin mir nichtmehr 100% sicher, aber wird der rest der masse nicht beim betazerfall als energie frei gesetzt?

Kommentar von blablabl23 ,

Könnte sein:)

Antwort
von Asdfmovie99e, 38

Nein ein proton und ein Elektron ist kein Neutron :D

Ein Elektron wiegt ungefähr 0,00001 u (weiß nicht genau wie viele nachkommenullen) und ein proton 1 u. Also wiegt das zusammen 1.00001 u

Kommentar von blablabl23 ,

Aber ein neutron kann sich doch in ein elektron und ein proton aufspalten:D?

Kommentar von Asdfmovie99e ,

achja sorry hab sch*is*e erzählt. passt nicht wirklich zur Frage. aaalso. ein Neutron wiegt so viel wie ein Proton und ein Elektron zusammen. dann passt das auch mit der masse. genau genommen wiegt ein Neutron sogar noch etwas mehr sodass beim beta minus zerfall neben dem Proton und dem Elektron auch ein neutrino Teilchen entsteht. das ist aber sehr klein und in dem Zusammenhang eher unbedeutend

Kommentar von blablabl23 ,

Danke;D

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