Kann man Elektronen zerstören?

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4 Antworten

Wäre es rein theoretisch möglich ein Elektron zu zerstören und daraus etwas noch kleineres zu machen?

Wenn überhaupt, etwas »Leichteres«.

Elementarteilchen und Ausdehnung

So etwas wie eine definierte Ausdehnung gibt es eigentlich nur bei zusammengesetzten Teilchen oder Körpern quasi als »Artefakt« eines typischen Gleichgewichtsabstandes zwischen seinen elementaren Bestandteilen, wenn es einen solchen Gleichgewichtsabstand überhaupt gibt. Nur deshalb haben Nukleonen und Atome überhaupt eine Ausdehnung.

Bei Elementarteilchen gibt es kein eindeutig bestimmtes Maß für deren Ausdehnung; alle Maße, die es gibt, folgen eher dem Prinzip

(1) r ~ m⁻¹,

»je schwerer, desto kleiner«.

Klassischer Elektronenradius und Wirkungsquerschnitt

Beispielsweise beruht sogenannte »klassische Elektronenradius« 

(2) rₑ = e²/{4π·ϵ₀·mₑ·c²} ≈ 2,8×10⁻¹⁵m

auf der Idee, die Masse mit der Selbstenergie einer auf einer Kugeloberfläche 4πrₑ² konzentrierten Ladung –e zu erklären, doch der Zahlenwert ist an ein bestimmtes Modell gebunden, das selbst erklärungsbedürftig ist (warum fliegt der Rotz nicht einfach auseinander und wird leichter?).

Außerdem ist es von der Theorie überholt und vom Experiment widerlegt (die experimentelle Obergrenze liegt in der Größenordnung 10⁻¹⁹m). 

Immerhin lässt sich der Wirkungsquerschnitt des Elektrons bei der Wechselwirkung mit Photonen durch rₑ ausdrücken und liegt in dessen Größenordnung.

Compton-Effekt

Stichwort »Wechselwirkung mit Photonen«: Wenn Licht auf Materieteilchen trifft und dabei gestreut wird, vergrößert sich in Abhängigkeit von der Streuwinkel ϑ die Wellenlänge, weil jedes Photon einen Teil seiner Energie an das Teilchen abgibt:

(3.1) Δλ = λ.C·(1 – cos(ϑ))

Dabei ist

(3.2) λ.C = ħ/{m·c}

die Comptonwellenlänge des Teilchens und ebenfalls umgekehrt proportional zur Masse. Beim Elektron ist sie

(3.3) λ.C(e⁻) = ħ/{mₑ·c} ≈ 2,4×10⁻¹²m

und kann ebenfalls als eine Art Maß für die Ausdehnung eines Elektrons gelten.

Teilchen als Feldquanten

Ohnehin ist ein Elementarteilchen kein »Ding«, sondern eine elementare Anregung eines Feldes, wobei Materieteilchen sich noch am ehesten »Teilchen« schimpfen dürfen.

Als Fermionen sind sie nämlich Anregungen eines sog. Dirac-Feldes sind. Ein solches Feld genügt der Dirac-Gleichung, aus der man immerhin eine Kontinuitätsgleichung für eine Teilchenzahl herleiten kann, die unabhängig von der Energie ist. Nur deshalb kann ein Teilchen auch als Wellenpaket mit unscharf bestimmter Energie und damit als lokalisiertes Teilchen in Erscheinung treten.

Zerlegung vs. Zerfall

Um diese Überlegung einzuleiten, zitiere ich einen meiner Vorredner

Elektronen sind Elementarteilchen - das sind die kleinsten bekannten Bausteine der Materie und nicht weiter zerteilbar.

Wenn es um die Zerlegung zusammengesetzter Teilchen in ihre Bestandteile geht, was aber u.U. physikalisch unmöglich sein kann (etwa die Zerlegung von Protonen in Quarks), dann ist das eine Rolle. 

Wenn es um die Möglichkeit von physikalisch möglichen oder realen Zerfällen geht, spielt das keine Rolle. Neutronen zerfallen ja auch, und zwar nicht in ihre Quarks (was nicht geht), sondern in Teilchen, aus denen es nicht bestanden hat, nämlich ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Auch Elementarteilchen können zerfallen, wenn sie genug Energie besitzen, um den Zerfall zu machen.

Elektronen und andere Leptonen

Solche Elementarteilchen sind beispielsweise das Myon und das Tauon, die genau wie das Elektron zu den Leptonen

( https://de.wikipedia.org/wiki/Lepton )

gehören und auch die Ladung –e haben. Allerdings hat das Myon über 200 Elektronenmassen und das Tauon deutlich mehr als 3500 und ist damit schwerer als Nukleonen. Die Lebensdauern sind rund 2,2×10⁻⁶ bzw. 3,4×10⁻¹³ Sekunden, da die Zerfallswahrscheinlichkeit mit wachsender Ruheenergie enorm steigt.

Bein Zerfall von Myonen können nur Leptonen und Antileptonen entstehen, nämlich ein Elektron, ein Neutrino und ein Antineutrino, einen Tauon stehen wesentlich mehr Zerfallsmöglichkeiten zur Verfügung, darunter Hadronen (das sind Teilchen, die aus Quarks und Gluonen bestehen).

Ist das Elektron stabil? Ein hypothetischer Ausblick

Weniger massereiche Leptonen als Elektronen sind nicht bekannt. Daher gelten Elektronen als stabil. Vielleicht ist aber auch nur seine Lebensdauer enorm lang und unser Universum aus späterer Sicht irre schnellebig und viel zu dicht und heiß für einen Elektronenzerfall.

Oder es ist jetzt stabil, in einer vorübergehenden Phase des Universums, die entweder mit einer Epoche des Zerfalls endet oder mit einem Big Rip, den viele Physiker für das Ende von Allem halten.

Ich könnte mir aber auch vorstellen, dass dies nur ein Phasenübergang in den nächstniedrigeren Energiezustand ist, der von eventuellen »Nachfolgern« als Physiker als Inflationsphase identifiziert werden wird. Vielleicht sind die Elektronen von heute die »Tauonen« von überüber…morgen.

Diese Idee einer fraktalen Geschichte des Kosmos gefällt mir besser als die Vorstellung, dass das Universum einfach abkackt.

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Kommentar von Usedefault
06.10.2016, 20:16

Ich denke es ist hier jetzt unpassend, aber denkst du es wäre sinnvoll bei 'Aristoteles - Physik' anzufangen mit den Erklärungsmodellen, oder ist das komplett überholter Schwachsinn?

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Kommentar von SlowPhil
06.10.2016, 20:40

Wotu brauchst Du hier Aristoteles' Physik?

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Kommentar von SlowPhil
06.10.2016, 21:54

Ich habe mal ein Buch von Einstein und Leopold Infeld gelesen, mit dem Titel »Die Evolution der Physik«, wo verschiedene Denkweisen dargestellt werden. Auch Aristoteles kommt darin vor.

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Kommentar von SlowPhil
06.10.2016, 21:55

Danke übrigens für den Stern.

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Elektronen sind Elementarteilchen - das sind die kleinsten bekannten Bausteine der Materie und nicht weiter zerteilbar.

Zerstörbar vielleicht insoweit, als dass es den "Elektroneneinfang" gibt: Dabei fängt sich ein Atomkern ein Elektron ein, ein Proton wird zu einem Neutron umgewandelt und ein Elektron-Neutrino wird abgegeben.

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Kommentar von Usedefault
05.10.2016, 21:46

Wird dabei das Elektron an sich nicht verändert oder in irgendeiner Form synthetisiert zu etwas neuem?

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Kommentar von ThomasJNewton
06.10.2016, 21:52

Oder das Elektron wird zu einem Neutrino, durch die Schwache WW.

So sehe ich das jedenfalls, und so wird es in Feynman-Diagrammen dargestellt, m.W.

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meines erachtens nicht, aber will man ein Atom zerstören, kann man beispielsweise mit ner Röntgenpistole darauf schießen. :D

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Kommentar von Usedefault
05.10.2016, 21:30

Ja das weiß ich eh, Atome werden ja auch in der Sonne in ihrer Form zerstört, was aber mit der Bindungsänderung einhergeht.

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