Kann man Elektronen zerstören?
Hallo!
Wäre es rein theoretisch möglich ein Elektron zu zerstören und daraus etwas noch kleineres zu machen?
Lg
5 Antworten
Wäre es rein theoretisch möglich ein Elektron zu zerstören und daraus etwas noch kleineres zu machen?
Wenn überhaupt, etwas »Leichteres«.
Elementarteilchen und AusdehnungSo 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 FeldquantenOhnehin 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. ZerfallUm 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 LeptonenSolche 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 AusblickWeniger 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.
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?
Gar nicht, ich will eigentlich rein informativ wissen, ob das Buch empfehlenswert für das Verständnis der Physik ist, ohne eine neue Frage zu erstellen.
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.
Das Problem sind m. E. die Übersetzungen. Für das Altgriechisch oder Latein lernen bin ich zu faul und was die gratis Versionen an Sinngehalt bieten ist, als wären sie von einem Affen übersetzt worden. Aber ich denke mir einfach, es hat beim chronologischen Vorgehen den Vorteil, dass ein Aristoteles von einem bestimmt nichts übernommen hat, aber umgekehrt wäre das möglich.
Und bevor ich etwas kaufe, will ich wissen, ob es Sinn macht.
Ich muss übrigens etwas präzisieren: Es sind keine weniger massereichen geladenen Leptonen als das Elektron bekannt.
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.
Wird dabei das Elektron an sich nicht verändert oder in irgendeiner Form synthetisiert zu etwas neuem?
Naja, es ist anschließend nicht mehr da. Insofern in seiner ursprünglichen Existenz "zerstört". Die negative Ladung bleibt natürlich erhalten (Proton wird zum Neutron) und die Leptonenzahl auch (Neutrino entsteht), aber das Elektron ist weg.
Was auch noch möglich ist: Das Elektron mit seinem Antiteilchen, dem Positron, wechselwirken zu lassen. Dann sind beide weg - das ist die sog. "Annihilation".
Was heißt, sie sind weg? Existieren dann beide Teilchen nicht mehr? Wie eine Welle die sich aufhebt?
Ja, genau: Weg im Sinne von "die gibt's nicht mehr".
Natürlich gibt es ein paar physikalische Rahmenbedingungen einzuhalten: Die Energie-/Massenerhaltung, die Impulserhaltung, die Drehimpulserhaltung, die Ladungserhaltung. Aber all das hindert Positron und Elektron nicht daran, zu zwei Gammaquanten zu zerstrahlen.
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.
ja Quarks drausmachen. 1 Elektron besteht aus 2 Quarks evtl. Im Teilchenbeschleuniger geht, glaube ich
meines erachtens nicht, aber will man ein Atom zerstören, kann man beispielsweise mit ner Röntgenpistole darauf schießen. :D
Ja das weiß ich eh, Atome werden ja auch in der Sonne in ihrer Form zerstört, was aber mit der Bindungsänderung einhergeht.
Wotu brauchst Du hier Aristoteles' Physik?