Frage von Christian45764, 39

Was sind Myonen oder Tauonen?

Danke

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 14

Myonen und Tauonen sind Leptonen und damit Verwandte des Elektrons. In diesem Fall sind es sogar besonders nahe Verwandte, denn sie sind beide Teilchen der Ladung –e und dem Spin ½ℏ.

Was sie vom Elektron erheblich unterscheidet, ist ihre Masse und, unmittelbar zusammenhängend, ihre mittlere Lebensdauer,  denn mehr Masse heißt mehr Energie, um einen Zerfall zu »finanzieren« und damit eine höhere Neigung, ihn auch zu machen.

Das Elektron ist extrem leicht und gilt als stabil (mag sein, dass sich das bei weiterer Ausdehnung und Auskühlung des Kosmos noch ändert), das Myon ist rund 200 mal schwerer und zerfällt in einem Zeitrahmen von ein paar Mikrosekunden, u.a. zu einem Elektron, das Tauon ist sogar schwerer als das Proton und hat eine Halbwertszeit unter einer Picosekunde, u.U. mehrstufig. Auch hier bleibt als Teilchen mit Teilchenzahl letztlich ein Elektron übrig, die anderen Zerfallsprodukte sind immer Teilchen-Antiteilchen-Paare, die einer Paarvernichtung nur entgehen, wenn sie sich dabei trennen. 

Kommentar von grtgrt ,

Was genau versteht man unter einem Teilchen mit Teilchenzahl im Sinne obiger Erklärung?

Kommentar von SlowPhil ,

Die Formulierung hört sich zugegebenermaßen beknackt an. Gemeint ist beispielsweise so etwas wie eine Leptonenzahl bei Leptonen, die eine Erhaltungsgröße ist. Ein Lepton (Leptonenzahl +1) kann nicht entstehen, ohne dass z.B. gleichzeitig ein Antilepton (Leptonenzahl –1) erzeugt wird; beim β⁻-Zerfall ist das ein Elektron und ein Antineutrino.

Die Teilchenzahl erlaubt es uns auch, das Betragsquadrat einer Wellenfunktion ψ als Wahrscheinlichkeitsdichte dafür zu interpretieren, das Teilchen in einem bestimmten Raumbereich zu finden (ich sage bewusst nicht »dass es da ist«) und eine von Größen wie Energie oder Ladung unabhängige Kontinuitätsgleichung aufzustellen.

So etwas geht beispielweise für Photonen nicht, es gibt nicht so etwas wie eine Photonenzahl (als Erhaltungsgröße). Natürlich kann man die ungefähre Anzahl der Photonen in einem Strahlungsfeld abschätzen, aber es ist sinnig, Photonen eher als elementare Anregungen des elektromagnetischen Feldes denn als Teilchen in einem etwa Schrödinger'schen Sinne aufzufassen.

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