Ladungsverteilung im Neutron

Orbit

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Hallo Klaus
Das jetzt ist die seltsamste Meldung, die ich seit langem gelesen habe.
Seltsam aus verschiedenen Gründen:
Erstens wird da im Vorspann behauptet, das Neutron sei komplexer als man bisher angenommen habe. Das Kugelsandwich, das dann aber beschrieben wird ist nach meinem Wissen wesentlich einfacher, als was die QED beschreibt. Von Quarks ist gar nicht mehr die Rede. Als einfacheres Vorläufermodell wird denn auch nicht das aktuelle Modell erwähnt, sondern eines von Fermi aus der Zeit vor der QED, aus der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts sogar, das auch ohne Quarks auskam, und nur zweischichtig gedacht war. Also dreischichtig statt zweischichtig sei es, dieses Neutron. Die ganze 40 jährige Geschichte der QED wird übersprungen! Das wird einige Nobelpreisträger erstaunen, die eben gerade für Leistungen im Rahmen der QED ihren Preis erhalten haben.
Seltsam auch: Diesen Gerald A: Miller, der immerhin schon seit 1972 wissenschaftlich publiziert, kennt weder das englische noch das deutsche Wiki.

Ich bin jedenfalls gespannt, was Joachim zu dieser Meldung meint.
Gruss Orbit
 

F77

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Mehr oder weniger hat mein Vater genau das in seiner Hypothese vorausgesagt.
Im Zentrum befinden sich die umlaufenden Elektronen (also negative Ladung). Nun folgen die leicht positiv geladenen "Quarks" (es fehlt ja teilweise ein Elektron). Die Elektronen, die in den "Quarks" verblieben sind, haben aussen eine hoehere Aufenthaltswahrscheinlichkeit, da innen ja negative Ladung vorherscht und gleiche Ladungen sich abstossen.
Der Thread zur Hypothese im Forum ist hier zu finden.
 

Orbit

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F77
Eigentlich bin ich der Meinung, dass Deine 'Theorie' hier abgehakt sei. Komm jetzt nicht wieder mit der Behauptung, es sei die 'Theorie' Deines Vaters.
Dass Du sie neu lancierst und aufs Trittbrett aufspringst, wenn da einer eine Attacke gegen die QED reitet, ist nicht weiter verwunderlich. Verlange aber nicht von mir, dass ich mir nach Monaten dieses ganze Gewürge von Elektronen, die sich in Quarks aufhalten sollen und weiteren grotesken Vorstellungen nochmals zu Gemüte führe. Ich denke, eine Theorie, welche die QED ausstechen wollte, müsste sehr sehr gut begründet und empirisch bestätigt sein, wenn sie eine Chance haben wollte. Und dieser Anforderung genügt Deine Theorie m.E. bei weitem nicht.
Orbit
 

Orbit

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F77
OK, mit Deiner pn überzeugst Du mich, dass Du wirklich über die Hypothese Deines Vaters schreibst. Aber das ändert meine Einstellung zu dieser nicht:

Die Orbital-Hypothese führt zu Dichten im entstehenden Universum, die um 48 Grössenordnungen geringer sind als jene, die das Standardmodell annimmt:
Seite 8
Die jetzt entstandene maximale Materiedichte mit ca.
4 o 10 22 kg/m 3 ist um mehr als fünf Größenordnungen höher als in einem Neutronenstern. Wird
diese kritische Materiedichte überschritten, müssen sich die Quarks durchdringen und es wird
zwangsläufig eine Elektron-Positron- Annihilationsreaktion ausgelöst - das Ereignis Urknall wird
initiiert.
Bei dieser Dichte wäre die Temperatur des Universums noch rund 1E16° K. Da könnten höchstens noch Teilchen mit einer Masse von etwa 1E-45 kg entstehen. Keine Bedingungen zur Entstehung baryonischer Materie wie wir sie kennen, bei weitem nicht. Da sind Temperaturen um 1E28° K nötig, und der entspricht eine Dichte von rund 1E70 kg/m^3.
Und wohl gemerkt: Die Inflation von Alan Guth ist da bereits verrechnet. Damit wird die Kritik an der Inflationstheorie, die ich, das sei hier nebenbei gesagt, auch nicht für richtig halte, hinfällig:
Seite 9
Wenn der reale Urknall mit einer Startgröße in der Dimension des Asteroidengürtels beginnt
und zz. statt dessen ein Beginn aus einem Punkt heraus angenommen wird, muss die
gegenwärtige Beschreibung der Vorgänge zwangsläufig zur Anpassung eine fiktive ’Inflationäre
Expansionsphase’ einführen.
Dein Vater denkt kosmologisch in unglaublich falschen Grössenordnungen. Und das kommt von seiner klassisch-mechanistischen Quantenwelt, in welcher er ungeladene Quarks erfindet, die ihre Ladung erst durch Elektronen erhalten, die da drin auf drei Orbitalen ihre Kreise ziehen. Dass das natürlich auch zu unhaltbaren Interpretationen der Pioneer-Anomalie führt, habe ich vor über 5 Monaten hier geschrieben:
http://www.astronews.com/forum/showthread.php?t=458&page=21

Gruss Orbit
 

ralfkannenberg

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F77
(...)
Und dieser Anforderung genügt Deine Theorie m.E. bei weitem nicht.

Hallo,

ist denn das Problem, das ich vor fast 2 Jahren erarbeitet habe, nämlich dass das Universum gemäss der Theorie Deines Vaters innerhalb von ca. 10^(-20) Sekunden zerstrahlt, mittlerweile gelöst ?

Freundliche Grüsse, Ralf
 

ralfkannenberg

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Erstens wird da im Vorspann behauptet, das Neutron sei komplexer als man bisher angenommen habe. Das Kugelsandwich, das dann aber beschrieben wird ist nach meinem Wissen wesentlich einfacher, als was die QED beschreibt. Von Quarks ist gar nicht mehr die Rede.

Hallo Orbit,

vielleicht sollte man hier für die Leute, die sich nicht so gut auskennen wie Du, noch sagen, dass nach dem Standardmodell die Neutronen aus 3 Quarks aufgebaut sind, die ohnehin elektrische Ladungen aufweisen, welche sich aber allesamt neutralisieren.

Zudem vermutet man ja noch virtuelle Quarks, so dass das Standardmodell ohnehin kein gleichförmig neutrales Neutron beschreibt.

Freundliche Grüsse, Ralf
 

F77

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Hallo,

ist denn das Problem, das ich vor fast 2 Jahren erarbeitet habe, nämlich dass das Universum gemäss der Theorie Deines Vaters innerhalb von ca. 10^(-20) Sekunden zerstrahlt, mittlerweile gelöst ?

Freundliche Grüsse, Ralf

Ich habe mich jetzt schon eine Weile nicht mehr mit der Hypothese auseinandergesetzt und kann dir daher keine Auskunft geben. Da dir diese Frage ja so am Herzen liegt, stell sie ihm doch mal per Mail und hake solange nach, bis er es dir zufriedenstellend erklaert hat. So habt ihr beide was davon (seine Hypothese wird verstaendlicher und du kannst dich dann auf die Suche nach weiteren Schwachpunkten bzw. Unverstaendlichkeiten begeben).
 

Joachim

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Hallo Klaus, hallo zusammen,

Die Arbeit auf welche im Artikel verwiesen wird, ist leider nicht frei einsehbar. Im Abstrakt unter http://link.aps.org/abstract/PRL/v99/e112001 ist von der Ladungsdichte in Neutronen, Protonen und ihren Quarks die Rede.

Bei der Arbeit handelt es sich um eine modellunabhängige Analyse von experimentellen Daten. Bei Streuexperimenten erhält man keine direkte Information zu der räumlichen Verteilung der Ladungen, sondern man erhält eine Verteilung übertragener Impulse. Nun muss man (ähnlich der Tomographie) vom Impulsraum in den Ortsraum umrechnen. Bei dieser Tomographie der Protonen- und Neutronenladungsdichte kam nun folgendes heraus:

Protonen haben überall positive Ladung. Ihre Dichte ist im Zentrum Maximal und nimmt dann mit einer Glockenkurve zum Rand hin ab, wobei es auch weit außerhalb noch Ladungsdichte gibt.

Neutronen haben in der Mitte einen ausgeprägten Bereich negativer Ladungsdichte, gefolgt von einem Bereich positiver Ladungsdichte und einem leichten Saum, der wieder negativ ist. Das ist die eigentliche Überraschung. Allerdings gibt es auch in diesem Saum die grössten Unsicherheiten. Wie ausgeprägt der ist, hängt stark von der verwendeten Parametrisierung der Messungen ab.

Dass das Neutron positive und negative Ladungen hat, ist ja keine Überraschung. Schließlich hat es ein magnetisches Moment. Nur dass es eine schalenartige Verteilung gibt, ist eine Überraschung. Wer aber nun glaubt, damit sei das Standardmodell widerlegt, freut sich zu früh. Wie Ralf schon erwähnte, kann man das durch eine Verteilung der Valenzquarks und des Quarksees anschaulich erklären. Bleibt abzuwaten, ob quantenchromodynamische Rechnungen ähnliche Verteilungen erzeugen können.

Gruß,
Joachim
 
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Orbit

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Hallo Joachim
Protonen haben überall positive Ladung.
Würde nicht bereits dieser Befund genügen, das Standardmodell zu widerlegen? Nach diesem müsste sich ja irgendwo im Proton die negative Drittelsladung bemerkbar machen.
Wie die Tomographie des Neutrons zeigt, scheint das Experiment dazu zumindest in der Lage zu sein. Hier wird die positive Ladung ja geortet.

Und noch eine Frage zum Experiment: Kann man sich das etwa so vorstellen wie die Versuche bei DESY, wo zur Zeit mit hochenergetischen Elektronen die Feinstrukturkonstante alpha strong ermittelt wird?

Gruss Orbit
 

Joachim

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Hallo Orbit,

Würde nicht bereits dieser Befund genügen, das Standardmodell zu widerlegen? Nach diesem müsste sich ja irgendwo im Proton die negative Drittelsladung bemerkbar machen.
Wie die Tomographie des Neutrons zeigt, scheint das Experiment dazu zumindest in der Lage zu sein. Hier wird die positive Ladung ja geortet.

Nein, das Proton besteht im Quarkmodell aus zwei positiven Up-Quarks und einem negativen Down-Quark. Ignorieren wir jetzt ganz naiv die Gluonen und See-Quarks und nehmen ein Orbitalmodell analog zur Elektronenschale im Atom an, so befinden sich alle drei Quarks im niedrigsten Orbital. Sind nun die Orbitale ungefähr gleich groß, so machen die Up-Quarks eine starke positive Ladungsverteilung aus und die Down-Quarks eine schwächere. Insgesamt sind aber sowohl die negative als auch die positive Ladung im Zentrum am stärksten und die positive Ladungswolke dominiert überall.

Beim Neutron dagegen gibt es gleich viele positive wie negative Ladungen. Da ergibt sich eine neutralität bei jedem Radius nur, falls die Orbitale von Up- und Down-Quarks exakt identisch sind. Alle anderen Quarkwellenfunktionen führen zu alternierenden negativen und positiven Schalen.

Und noch eine Frage zum Experiment: Kann man sich das etwa so vorstellen wie die Versuche bei DESY, wo zur Zeit mit hochenergetischen Elektronen die Feinstrukturkonstante alpha strong ermittelt wird?

Der große Teilchenbeschleuniger HERA am DESY wurde im Juli abgeschaltet. Aber es stimmt: Die Daten kommen aus Streuexperimenten, wie sie dort am Proton durchgeführt wurden.

Gruß,
Joachim
 

Marc

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Negative Quarkladung des Protons!

Hallo

Zum Thema gibts auf arxiv.org diese beide Beiträge von Miller:

http://www.arxiv.org/abs/0705.2409

http://www.arxiv.org/abs/0708.2297

Die PDF-Version lässt sich da laden.

Mich interessiert, warum die negative Quarkladung des Protons nicht ebenfalls sichtbar wird, bei entsprechenden Streuversuchen am Proton.

(OK, die Frage ist jetzt oben beantwortet worden.)

Dass die Ladungsverteilung beim Neutron offenbar sphärisch ist, ergibt sich doch schon daraus, dass das Neutron kein elektrisches Dipolmoment besitzt.

Und auch kein elektisches Quadrupolmoment, oder?

Gruss Marc
 
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Joachim

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Hallo Marc,

Dass die Ladungsverteilung beim Neutron offenbar sphärisch ist, ergibt sich doch schon daraus, dass das Neutron kein elektrisches Dipolmoment besitzt.

Und auch kein elektisches Quadrupolmoment, oder?

Wenn es sphärisch ist, sind natürlich alle höheren Momente Null. Allerdings braucht man polarisierte Neutronen um das zu überprüfen. Nun wurden Messungen an spinpolarisierten Neutronen durchaus durchgeführt und Dipol- und Quadrupolmoment sind zumindest sehr klein.

Mach man Streuversuche an unpolarisierten Teilchen, so ist es trivial, dass eine sphärische Verteilung herauskommt: Man mittelt einfach über alle möglichen Ausrichtungen. Aber es ist auch theoretisch einsichtig, dass Proton und Neutron sphärisch sein sollten. Sie bestehen aus je drei Quarks, die sich in mindestens einer Quantenzahl, nämlich der Farbladung, unterscheiden (in der Tat unterscheiden sie sich außerdem im Spin.) Für den fall gilt aber nicht das Pauliprinzip, die Teilchen können einander ungestört durchdringen und jedes für sich seinen optimalen Zustand einnehmen. Da nun die starke Kernkraft offenbar nicht gerichtet ist, ist dieser optimale Zustand eine Kugel um dem gemeinsamen Schwerpunkt. Oder anders herum: Würde man eine Abweichung von der Kugelform messen, so wäre das ein Hinweis, dass die starke Wechelwirkung eine Vorzugsrichtung hat. (Zum Beispiel relativ zum Spin.)

Gruß,
Joachim
 

Orbit

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Hallo Marc
Offenbar treibt Dich dieselbe Frage um wie mich.^^

Joachim
Darf ich mir das so zusammenreimen, dass die negative Drittelsladung des Protons im viel stärkeren 'Rauschen' der beiden positiven Zweidrittelsladungen untergeht, die Ladungsverteilung im Neutron aber scharf zutage tritt, weil es hier kein 'Rauschen' gibt und jede Abweichung von Null detektiert werden kann?

Orbit
 

Joachim

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Hallo Orbit,

Darf ich mir das so zusammenreimen, dass die negative Drittelsladung des Protons im viel stärkeren 'Rauschen' der beiden positiven Zweidrittelsladungen untergeht, die Ladungsverteilung im Neutron aber scharf zutage tritt, weil es hier kein 'Rauschen' gibt und jede Abweichung von Null detektiert werden kann?

Ich würde eher das Wellenbild bemühen. Die Quarks sind keine aneinander gebundenen Punktladungen, die ähnlich wie ein H2O-Molekül ein Dreieck bilden. Sie nehmen wie die beiden Elektronen im Helium-Atom das gleiche Orbital ein. In diesem Fall dürfen sogar drei Teilchen im selben Orbital platznehmen, weil es drei Farbladungs-Quantenzahlen gibt.

Gruß,
Joachim
 

Orbit

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Joachim
Ich verstehe Deine Antwort; aber ich verstehe nicht, warum Du sie mir auf meine Frage gibst. Was Du hier im Zusammenhang mit dem Pauli-Prinzip über den 'Aufenthaltsort' der Quarks schreibst gilt doch sowohl für das Neutron wie für das Proton. Meine Frage hat aber mit der unterschiedlichen Detektion der 'Aufenthaltsorte' in den beiden Nukleonen zu tun, und aus Deiner Antwort kann ich keine Ursache für diesen Unterschied heraus lesen.
Orbit
 

Joachim

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Hi Orbit,

Meine Frage hat aber mit der unterschiedlichen Detektion der 'Aufenthaltsorte' in den beiden Nukleonen zu tun, und aus Deiner Antwort kann ich keine Ursache für diesen Unterschied heraus lesen.

Aber es sind doch gar keine verschiedenen Aufenthaltsorte zu erkennen. Alle drei Partonen halten sich bevorzugt in der Mitte auf. Nur gibt es offenbar Unterschiede in der radialen Verteilung zwischen den verschieden galadenen Partonen. Mit Rauschen hat das nun nicht viel zu tun, sondern einfach damit, dass beim Proton, das ja elektrisch Positiv ist, die positive Ladung überall dominiert, während sich beim Neutron aufgrund der ladungsabhängigen Radialverteilung positive und negative Bereiche abwechseln. Aber eben nicht weil eine negative Ladung im Zentrum ist, darum eine positive Ladung kreist und dann wieder etwas negatives umherfliegt. Auch beim Neutron haben die positiven und negativen Ladungen ihre grösste Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Zentrum. Aber die negativen Ladungen scheinen stärker lokalisiert zu sein und ganz außen langsamer auszulaufen als die positiven.

Warum das so ist, kann ich nicht sagen. Aber so sieht es nach diesem Paper aus. Der Erste Link, den Marc gibt, enthält die Bilder.

Gruß,
Joachim
 
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Orbit

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Joachim
Irgendwie reden wir aneinander vorbei.
Marc und ich fragen uns, wieso beim Neutron eine irgendwie geschichtete Ladungsverteilung detektiert werde, beim Proton, das ja auch positive und negative Ladungsanteile besitzt, nicht.
Ich frage dann, ob solche lokalen Unterschiede im Neutron deshalb besser detektiert werden können, weil sie da als Differenz von Null gemessen werde, im Proton aber als Differenz von 1. Dummerweise drücke ich mich ungeschickt aus, indem ich den Ausdruck 'Rauschen' brauche. Ich wollte einfach nur fragen, ob es möglicherweise einfacher sei, eine Abweichung von Null zu messen als eine Abweichung von 1.
'Rauschen' gebe es da keins, man müsste sich eher Wellen vorstellen, sagst Du dann. Das tu ich ja - die ganze Zeit-, und gerade deshalb brauche ich 'Rauschen', wohl wissend, dass das ein behelfsmässiger Ausdruck sei, und setze ihn deshalb in Anführungszeichen.
Und dann erklärst Du mir eigentlich genau das, was ich meine:
...dass beim Proton, das ja elektrisch Positiv ist, die positive Ladung überall dominiert,...
Und ich schliesse aus Deiner Antwort sogar, dass dies beim Proton auch dann so wäre, wenn die Kugelsymmetrie nicht gewahrt wäre.
Beim Neutron lässt Du die von mir vermutete Ursache der schärferen Detektierbarkeit der Ladungsverteilung nicht gelten, sondern ziehst dort nun diese Abweichung von der Kugelsymmetrie in Betracht.
Am Schluss räumst Du schliesslich ein
Warum das so ist, kann ich nicht sagen. Aber so sieht es nach diesem Paper aus.
Und da sind wir nun eigentlich so weit, wie wenn Du gleich zu Beginn auf die Frage von Marc und mir geantwortet hättest:'Ich weiss es auch nicht.'^^

Du siehst, ich komme mit Deiner Antwortstrategie nicht klar.

Herzliche Grüsse
Orbit
 

Joachim

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Hallo Orbit,

Und dann erklärst Du mir eigentlich genau das, was ich meine:

Das würde ich eher positiv sehen. Dann sind wir uns ja einig.

Beim Neutron lässt Du die von mir vermutete Ursache der schärferen Detektierbarkeit der Ladungsverteilung nicht gelten, sondern ziehst dort nun diese Abweichung von der Kugelsymmetrie in Betracht.

Welche schärfere Detektierbarkeit? Es könnte ja auch beim Proton positive und negative Bereiche geben. Das könnte man mit dieser Methode durchaus detektieren. Es kommt also als Ergebnis der Messungen heraus, dass die positiven und negativen Ladungen im Proton gleichmässig genug verteilt sind, dass die Nettoladungsdichte überall positiv ist. Das ist nicht trivial.

Die Abweichung von der Kugelsymmetrie schließe ich auch für das Proton nicht aus, aber ich schätze die Wahrscheinlichkeit, dass Proton oder Neutron nicht kugelsymmetrisch ist, für gering ein. Hier geht es aber um die radiale Ladungsverteilung.


Und da sind wir nun eigentlich so weit, wie wenn Du gleich zu Beginn auf die Frage von Marc und mir geantwortet hättest:'Ich weiss es auch nicht.'^^

Nö, Marcs Frage bezog sich darauf, ob die Kugelsymmetrie nicht bereits klar ist, weil das Neutron kein Dipolmoment hat. Das habe ich etwas komplizierter beantwortet aber letztens bejaht. So ist es, das neutron hat im Rahmen der Messgenauigkeit kein Dipolmoment. und deshalb muss die Verteilung zumindest Spiegelsymmetrisch sein, wenn die anderen Momente auch verschwinden ist sie sogar sphärisch.

Deine Frage war: "Würde nicht bereits dieser Befund genügen, das Standardmodell zu widerlegen?" und darauf ist meine Antwort ein klares Nein.

Ich neige manchmal dazu zu weit auszuholen. Dafür muss ich mich entschuldigen. Ich wünschte, ich könnte dir versprechen, dass das nicht wieder vorkommt. Aber wahrscheinlich werde ich mit dem Versuch scheitern.

Gruß,
Joachim
 
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