Frage von Nati2, 66

Zerfall von Teilchen?

Schönen guten Tag, ich brauche dringend Hilfe bei meiner Seminararbeit in Physik. Ist das so richtig:

Generell stellt der Zerfall von Teilchen stets einen Übergang von einem energieärmeren in einen energetisch reicheren Zustand dar. Die neu entstandenen Teilchen besitzen des Weiteren immer eine kleinere Masse als ihr Ausgangsteilchen Begründen lässt sich dies mit dem Prinzip der Energieerhaltung. Dies bedeutet, dass der Wert, den die Masse gemeinsam mit der kinetischen Energie besitzt, sowohl im Ausgangsteilchen als auch im erzeugten Teilchen identisch sein muss. So zerfällt wie bereits angedeutet das leichteste Meson, also das Pion, in ein Lepton, geringerer Masse, jedoch viel höherer kinetischer Energie. Somit bewegt sich das neu entstandene Myon mit einer mittleren Geschwindigkein von ca 99,8% der Vakuumlichtgeschwindigkeit.

Antwort
von Reggid, 32

Generell stellt der Zerfall von Teilchen stets einen Übergang von einem energieärmeren in einen energetisch reicheren Zustand dar

nein. die energie bleibt, wie du selbst weiter unten schreibst, natürlich erhalten.


Die neu entstandenen Teilchen besitzen des Weiteren immer eine kleinere Masse als ihr Ausgangsteilchen Begründen lässt sich dies mit dem Prinzip der Energieerhaltung. Dies bedeutet, dass der Wert, den die Masse gemeinsam mit der kinetischen Energie besitzt, sowohl im Ausgangsteilchen als auch im erzeugten Teilchen identisch sein muss.
.


ja. und darüber hinaus auch der impuls. daher müssen auch immer zumindest zwei teilchen entsthehen



So zerfällt wie bereits angedeutet das leichteste Meson, also das Pion, in ein Lepton, geringerer Masse, jedoch viel höherer kinetischer Energie. 


nein, in nur ein lepton geht sich wie gesagt mit der impulserhaltung nicht aus (und auch andere erhaltungsgrößen wie lepton-zahl und drehimpuls). ein geladenes pion zerfällt zu über 99.9% in ein myon und ein neutrino.  ein neutrales pion zerfällt zu fast 99% in zwei photonen.



Somit bewegt sich das neu entstandene Myon mit einer mittleren Geschwindigkein von ca 99,8% der Vakuumlichtgeschwindigkeit.




die geschwindigkeit des myons das bei einem zerfall eines geladenen pions entsteht ist selbstverständlich abhängig vom bezugssystem (wie jede geschwindigikeit), daher nehme ich mal an du meinst im ruhesystem des pions (welches das einzig naheliegende bezugssystem für so einen zerfall ist). dann ist die geschwindigkeit des myons aber keine "mittlere geschwindigkeit", sondern ist exakt fest gelegt (da es sich um einen zwei-teilchen zerfall handelt). dann erhalte ich allerdings einen wert von nur ca. 27% der lichtgeschwindigkeit.


Kommentar von Nati2 ,

Die relativistischen Effekte habe ich vorerst außer Acht gelassen. Vielen Dank für die Hilfe, jetzt merke ich selber, dass das zum Teil keinen richtigen Sinn macht

Kommentar von uteausmuenchen ,

Die relativistischen Effekte habe ich vorerst außer Acht gelassen.

Das wird aber schwierig. Die Myon-Höhenstrahlung gilt eigentlich als sehr anschaulicher Beleg der relativistischen Zeitdilatation.

Antwort
von DieMilly, 38

Wenn der Zerfall von einem energiearmen in einen energiereichen Zustand wäre, würde die Energieerhaltung verletzt. Die Energie muss gleich bleiben, wie du ja selber sagst. 

Es entstehen auch nicht immer neue Teilchen. Beim Alpha-Zerfall etwa fliegt ein Heliumkern aus einem schweren Atomkern raus, wird also einfach abgespaltet.

Du solltest erwähnen, dass beim Zerfall auch die Impulserhaltung, die Ladungserhaltung und die Leptonenzahlerhaltung eine Rolle spielen. 

Die Impulserhaltung hat Einfluss auf die Richtung, in der Teilchen davon fliegen. Die Leptonenzahlerhaltung bestimmt, was für Teilchen erzeugt werden. 

Beim Betazerfall etwa, wenn ein Neutron zu einem Proton wird, muss ein Elektron die negative Ladung wegtragen (Ladungserhaltung); ein Elektron ist aber an Lepton und zählt daher als +1 Lepton. Das Neutron war aber kein Lepton, also waren vorher 0 Leptonen da. Aufgrund der Leptonenzahlerhaltung muss also -1 Lepton auch dabei sein, damit es in der Summe wieder 0 ergibt. Dies ist der Grund, weshalb ein Antielektronneutrino erzeugt wird (Antileptonen zählen negativ).

Bei Paarvernichtung oder -Erzeugung spielt die Impulserhaltung eine wichtige Rolle, denn wenn sich etwa ein Elektron und ein Positron annihilieren, müssen 2 Photonen entstehen, nicht nur eines. Das ist ein beliebter Fehler. Es müssen zwei sein, damit ihre Impulse gleich und entgegengesetzt sein können: sonst wäre die Impulserhaltung verletzt.

Baryonenzahl muss übrigens ebenfalls erhalten bleiben.

Antwort
von Supermotobruder, 37

Hey ich persöhnlivh hab von Physik keine Ahnung aber kuck mal in YouTube bei 100sekunden Physik rein der erklärt das besser als jeder Lehrer und wenn mich nicht alles teuscht is da auch ein Video dabei was dir weiter hilft^^

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie & Physik, 35

Hallo Nati2,

nicht böse sein, aber so richtig mag mir der Text aus Sicht der Physik nicht gefallen. Zum Beispiel ist gleich der erste Satz einfach nicht richtig:

Generell stellt der Zerfall von Teilchen stets einen Übergang von einem
energieärmeren in einen energetisch reicheren Zustand dar.

Die Energie ist beim Teilchenzerfall eine Erhaltungsgröße. Überhaupt müssen bei jedem Teilchenzerfall alle Erhaltungssätze gelten. Also auch Impulserhaltung, Drehimpulserhaltung, Spinerhaltung, Ladungserhaltung,... (hier auf Seite 31 aufgelistet http://www.ieap.uni-kiel.de/et/people/wimmer/teaching/Phys_IV/P4_V8.pdf)

Das ist schon mal eine ganz wichtige Aussage, die Du über Teilchenzerfälle treffen solltest.

Spontan zerfallen Teilchen zum leichtesten Vertreter einer Teilchenfamilie hin. Richtig. So, wie Du es darstellst, klingt es aber ein wenig so, als würde man die Energieerhaltung dadurch retten, dass das Endteilchen Bewegungsenergie trägt. Tatsächlich würdest Du bei einem ruhenden Ausgangsteilchen damit dann die Impulserhaltung verletzen... So einfach kann man das deshalb nicht sagen.

Normalerweise trägt das (oder die) Ausgangsteilchen kinetische Energie und das oder die Endteilchen ebenfalls. In der Summe über alles muss Energie- und Impulserhaltung gelten.

Kannst Du Englisch?

Ich finde dieses Tutorial hier

http://particleadventure.org/standard-model.html

eigentlich eine sehr schön allgemein verständliche Einführung in die Grundsätze der Teilchenphysik.

Ansonsten: Du schreibst "Seminararbeit" - auf welcher Stufe denn. Und worüber schreibst Du genau?

Grüße

Kommentar von Nati2 ,

vielen dank für die Hilfe. Gut, dass ich das nicht meinem Lehrer geschickt habe, das wäre wahrscheinlich nicht so gut angekommen. Ich schreibe eine Facharbeit in Physik zum Thema "Lebensdauermessung von Myonen", bin in der 12 Klasse Gymnasium.

Kommentar von uteausmuenchen ,

Höhenstrahlung (http://www.relativitätsprinzip.info/experimente/myonen-lebensdauer.html) und/oder MuLan (https://arxiv.org/abs/1211.0960)?

MuLan waren meines Wissens die genauesten Messungen dazu. Wobei ich nicht garantieren könnte, dass es was Neueres gibt.

Grüße

Antwort
von Raph101, 25

Was ich nicht verstehe ist der erste Satz: ich dachte die Energie muss gleich bleiben?

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