Frage von Lazybear, 71

Warum halten Neutronen Protonen im Atomkern zusammen?

Hallo, ich wollte wissen ob mir jemand eine einfache erklärung für die bindende wirkung von neutronen im atomkern geben könnte! Also Neutronen bestehen aus 2 down und einem up quark, protonen aus 2 up und 1 down quark, wie genau funktioniert der gluonenaustausch, verstehe ich es richtig, dass neutronen und protonen ein down bzw upquark austauschen und so im kern alternieren? Ist das die starke wechselwirkung? Leider habe ich selber keine guten erklärungen finden können, auch wiki hat mich da im stich gelassen, danke im vorraus!

Antwort
von Reggid, 71

die kernkraft zwischen nukleonen im kern ist nur ein "resteffekt" der starken wachselwirkung. gluonen werden da keine ausgetauscht (da ja protonen und neutronen nach außen keine farbladung tragen).

diese anziehnde kernkraft unterscheidet nicht zwischen neutronen und protonen, der grund warum man für einen stabilen kern immer ungefähr ein gleichgewicht zwischen protonen und neutronen braucht (für schwere kerne sinds ein eher mehr neutronen) liegt darin dass sich protonen aufgrund ihrer elektrischen ladung abstoßen und daher die bindung schwächen, während neutronen neutral sind (zuviele neutronen dürfens aber aufgrund des pauli-prinzps auch nicht, weil die dadurch immer höhere energieniveaus besetzen müssen wodruch der kern auch instabil wird)

Kommentar von Lazybear ,

danke für die antwort, aber meine frage ist leider nicht ganz beantwortet, wie genau halten die neutronen die protonen zusammen! wenn ich an die coulombkraft denke, müssten die neutronen irgend eine gegenkraft aufbauen, nur wie? thx

Antwort
von ThomasJNewton, 53

Die Quarks haben ja nicht nur eine elektrische Ladung, sondern auch eine sog. Farbladung.
Farbladung deswegen, weil sie drei Werte annehmen kann, und es dafür im Alltag keine bessere Entsprechung gibt.
Man sagt also rot, grün und blau zu den Ausprägungen dieser Ladung, statt plus und minus.
Die Antiteilchen haben dementsprechend antirot, antigrün und antiblau. Man könnte sie auch cyan, margenta und gelb nennen, wie die Gegenfarben.
Jedenfalls ist in jedem Teilchen die Gesamtfarbe neutral, also jedes Quark von Proton und Neutron hat eine andere Farbe, die Mesonen aus Quark und Antiquark haben dann  Farge plus Antifarbe.

Die Starke Kernkraft ist von der elektrischen Ladung unabhängig, sie sieht nur die Farbladung.
Und sie wirkt hauptsächlich zwischen den Quarks eines Nukleons, der Zusammenhalt der Nukleonen im Kern ist nur ein Nebeneffekt.
Und der wurde als Austausch von Mesonen beschrieben, also Teilchen aus Quark und Antiquark. Ob das der aktuelle Stand der Forschung ist, weiß ich aber nicht.
Entscheidend ist eher der Austausch der Farbladungen.

Jedenfalls glaube ich nicht, dass durch die Gluonen ein Up- in ein Downquark umgewandelt wird oder umgekehrt, das kann nur die Schwache Wechselwirkung. Aber das ist mein Wissen entgültig an der Grenze.

Soviel erst mal zur Einstimmung, damit du nicht ganz fassungslos bist, wenn ein Physiker sich erbarmt.

Kommentar von Lazybear ,

habe ich das richtig verstanden, gluonen sind mesone d.h. mesome sind quarks und antiquarks und diese "quarkpäckhen" wird zwischen neutronen und protonen hin und her geschoben? oder bin ich da auf dem holzweg? ich frage am besten nochmal ganz doof, sind die kleinsten teilchen der nukleonen nicht die up und downquarks? oder gibt es da noch mehr? woher kommen diese mesonen? das mag vllt sehr nervig klingen, aber in der vorlesung haben wir in chemie nur die up und down quarks vorgesetzt bekommen und nicht mehr, deswegen muss ich dieses neue wissen erst zusammensetzen!thx

Kommentar von ThomasJNewton ,

Die Frage kann ich nicht beantworten. Vielleicht kann Reggid es, und ich habe einige Momente geschwankt, ob ich bei seiner Antwort nachhake, hab mich aber dagegen entschieden.

Weil wir heute weiter sind als ich vor 35 Jahren, als ich die Stadtbüchereien leergelesen habe.
Zu der Zeit waren Mesonen einfach nur Teilchen, deren Masse zwischen Leptonen und Nukleonen lag, auch Myonen und der Rest des Teilchenzoos.

Heute kann man das alles im Internet nachlesen. Und wenn du es im Internet nicht erahnst, dann bist du noch nicht soweit. PUNKT.

Das hat nichts mit Chemie zu tun. Denn die handelt von Teilchen, die nicht in tausendstel Sekunden zerfallen.
Dass es von jedem elementaren Teilchen 3 Versionen gibt, lässt sich leicht rausfinden.
Es gibt Elektron, Myon und Tauon, samt Elektronneutrino, Myonneutrino und Tauonneutrino, und wenn letztere oszillieren, dann bist du so weit weg von der Chemie wie ein Neutrino von der Sichtbarkeit.
Und neben Up und Down gibt es noch Strange und Charme und Top und Buttom. Ohne Gewähr für die richtige Reihenfolge.

Wenn du das genau wissen willst, musst du Physik studieren. Die Chemie behandelt die Elektronen um Kern(e). Das ist schrierig genug.

Kommentar von Lazybear ,

ich studiere angewandte naturwissenschaften, eine kombination aus chemie und physik, wir haben dieses thema sehr oberflächlich in chemie angekratzt, aber danke für die antwort!

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