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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Ladungsverteilung im Neutron



Klaus
20.09.2007, 19:53
Nur als erste Info, hab selber aber noch nicht weiter recherchiert:

http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/283604.html

Orbit
20.09.2007, 23:09
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
21.09.2007, 00:15
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 (http://www.astronews.com/forum/showthread.php?t=458) zu finden.

Orbit
21.09.2007, 01:11
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
22.09.2007, 10:04
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

Klaus
22.09.2007, 10:56
Das jetzt ist die seltsamste Meldung, die ich seit langem gelesen habe.
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.

ralfkannenberg
22.09.2007, 19:43
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
22.09.2007, 19:46
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
24.09.2007, 00:33
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
24.09.2007, 09:58
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

Orbit
24.09.2007, 11:08
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
24.09.2007, 11:17
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
24.09.2007, 11:26
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

Joachim
24.09.2007, 11:52
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
24.09.2007, 11:52
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
24.09.2007, 11:55
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
24.09.2007, 12:16
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
24.09.2007, 12:37
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

Orbit
24.09.2007, 16:11
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
24.09.2007, 16:26
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

Joachim
24.09.2007, 16:34
Hallo nochmal,

Ich formuliere also meine Antwort auf dein (Orbits) Posting #15 nochmal kürzer:



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?


Ja

Gruß,
Joachim

jonas
24.09.2007, 16:37
Vielleicht kann es ja so sein:
Bei einem insgesamt elektrisch neutralen Teilchen wie dem Neutron kann man Bereiche detektieren, die negativ sind, andere positiv. Und dies funktioniert, sobald die Ladungsverteilung um ein Epsilon unsymmetrisch ist.

Bei einem Proton müsste die Ladungsverteilung seht viel deutlicher asymmetrisch sein um Bereiche mit negativer Ladung zu messen. Man müsste also unterscheiden können zwischen Zonen, die etwas stärker und etwas schwächer positiv sind. Und dazu reicht möglicherweise die Empfindlichkeit des Versuchs nicht aus.

Wenn ich jetzt kompletten Unsinn geschrieben habe, dann sagt es ruhig ;)

Joachim
24.09.2007, 16:43
Vielleicht kann es ja so sein:
Bei einem insgesamt elektrisch neutralen Teilchen wie dem Neutron kann man Bereiche detektieren, die negativ sind, andere positiv. Und dies funktioniert, sobald die Ladungsverteilung um ein Epsilon unsymmetrisch ist.


Ja, so ist es!



Bei einem Proton müsste die Ladungsverteilung seht viel deutlicher asymmetrisch sein um Bereiche mit negativer Ladung zu messen. Man müsste also unterscheiden können zwischen Zonen, die etwas stärker und etwas schwächer positiv sind. Und dazu reicht möglicherweise die Empfindlichkeit des Versuchs nicht aus.


Jein, es liegt ja nicht an der Empfindlichkeit des Versuchs, sondern schlicht daran, dass die Aufenthaltsbereiche der Quarks im Proton sich nicht so stark unterscheiden, dass es Negative Bereiche gibt. Es ist also keine Ungenauigkeit der Detektion, sondern die Eigenschaft des Protons überall positiv zu sein.

Die Frage des stärker und schwächer Positiv seins kommt erst herein, wenn man diese Messung mit einer Theorie vergleicht. Erst wenn eine Theorie diese Verteilungsfunktionen beschreibt kann man sehen ob beim Proton ein ähnlich starker Effekt auftritt wie beim Neutron, oder ob er dort in der Unsicherheit untergeht.

Habe ich schon wieder zu viel gequatscht? :)

Gruß,
Joachim

Orbit
24.09.2007, 16:44
jonas
Du sagst exakt das, was ich meine.
Gruss Orbit
P.S. Also müsste Deine Antwort im vorletzten Beitrag, Joachim, 'Jein' lauten.
Aber damit kann ich nun auch leben. ^^

Joachim
24.09.2007, 16:55
Hallo Orbit,



P.S. Also müsste Deine Antwort im vorletzten Beitrag, Joachim, 'Jein' lauten.
Aber damit kann ich nun auch leben. ^^

Meines Erachtens nicht. Du hast dich vorsichtiger ausgedrückt. Beim Neutron wissen wir: Wenn die "Orbitale" von Up- und Down-Quarks identisch sind, dann bekommen wir eine Nulllinie. Beim Proton kennen wir die sich dann ergebende positive Ladungsverteilung nicht. Deshalb können wir beim Neutron auf dem ersten Blick sehen, dass es keine Gleichheit diese Orbitale gibt.

Jonas hat mehrere Dinge genannt:

1)"Bei einem Proton müsste die Ladungsverteilung seht viel deutlicher asymmetrisch sein um Bereiche mit negativer Ladung zu messen."

Ja

2)"Man müsste also unterscheiden können zwischen Zonen, die etwas stärker und etwas schwächer positiv sind."

Ja und dazu braucht es eine Theorie.

3)"Und dazu reicht möglicherweise die Empfindlichkeit des Versuchs nicht aus."

Nein, die Empfindlichkeit ist nicht das Problem, sondern dass es sich um eine Modellunabhängige Auswertung handelt.

Gruß,
Joachim

Orbit
24.09.2007, 17:31
Joachim

Du hast dich vorsichtiger ausgedrückt.
OK, noch mal Glück gehabt^^. Ich kann aber nicht garantieren, dass ich mich im Verlaufe dieses Threads nicht doch mal etwas weniger vorsichtig ausdrücken werde. Damit wären wir in Sachen Unberechenbarkeit wieder quitt. :-))

2)"Man müsste also unterscheiden können zwischen Zonen, die etwas stärker und etwas schwächer positiv sind."

Ja und dazu braucht es eine Theorie.
Eine wäre immerhin schon angemeldet, ich meine die von R. Gleichmann. Meine Meinung dazu kennst Du wahrscheinlich, aber massgebender wäre Deine; denn Du bist Profi auf diesem Gebiet, ich nicht.
Gruss Orbit

Joachim
24.09.2007, 18:49
Hallo Orbit,



Eine wäre immerhin schon angemeldet, ich meine die von R. Gleichmann. Meine Meinung dazu kennst Du wahrscheinlich, aber massgebender wäre Deine; denn Du bist Profi auf diesem Gebiet, ich nicht.


Ganz mein Fachgebiet ist das auch nicht. Ich bin Atom- und Molekülspezialist. Aber ein paar Ideen habe ich schon:

Erstens ist natürlich auch das Standardmodell nicht abgemeldet. Es beschreibt immerhin das Neutron schon lange als aus positiv und negativ geladenen Partonen bestehend. Diese Vorhersage wird mit diesen Messungen bestätigt. Ob es quantenchomodynamische Rechnungen gibt, die dieses Muster qualitativ bestätigen weiß ich nicht. Die Rechnungen sind wegen der Farbladung der Gluonen kompliziert.

Zweitens denke ich, dass die Gleichmann-Theorie durch diese Messung eher widerlegt als bestätigt wird. Mehr als ein paar Bilder und eine Beschreibung mit Worten gibt es dort ja nicht, aber im groben beschreibt Gleichmann das Neutron und das Proton durch positiv geladene Quarks, die je von negativ geladenen Elektronen umgeben sind. Nach diesem Bild würde man eher die positive Ladung im Zentrum und die negative außen herum erwarten. Und zwar sowohl beim Proton als auch beim Neutron. Dass das Proton überall positiv ist, spricht also eher gegen Gleichmann, der ja das Proton als Neutron mit fehlendem Elektron beschreibt.

Gruß,
Joachim

Orbit
25.09.2007, 00:09
Also, kommen wir zum Versuch von Gerald A. Miller zurück, dieser modellunabhängigen Bestimmung der Ladungsdichte im Proton und im Neutron.
Weniger Eingeweihte wie ich mögen vorerst mal ein wenig mit mir staunen:
Da wurde uns in Jugendjahren in der Schule erzählt, Atome könne man nicht sehen, die seien zu klein; und Atomkerne, die nochmals 50'000 mal kleiner seien, schon gar nicht. Teilchenbeschleuniger erweiterten aber das Sehen derart, dass man aus Streuversuchen den Radius der Nukleonen von ca. 1,2 Fermi (1,2E-15 m) bestimmen konnte. Und nun ist man so weit, dass man die inneren Strukturen der Nukleonen teilweise indirekt sichtbar machen kann. Der neue Beschleuniger bei DESY (in Wiki unter XFEL zu finden) wird die Sehschärfe nochmals massiv steigern.
Wird man dereinst die einzelnen Quantenzustände knipsen können?
Hier, bei Miller haben wir noch ein verschmiertes Bild, auf dem nicht zu sehen ist, wo sich die Quarkladungen zu jedem beliebigen Zeitpunkt bemerkbar machen. Man sieht einfach, dass beim Proton die Dichte der positiven Ladung nach aussen exponetiell abnimmt und beim Neutron eine seltsame Dreischichtigkeit: negativ - leicht positiv - sehr leicht negativ.

Wie steht es nun mit der Quantisierung der Ladung? Wir haben doch gelernt, dass die up-Quarks positive Zweidrittelsladungen haben und die down-Quarks negative Drittelsladungen. Die sind nicht aus dem Rennen; denn der 'Filmprojektor' von Miller proiiziert nicht Einzelbilder in rascher Folge, wie das ein anständiger Filmprojektor tut, sondern erzeugt das verschmierte Bild, das bei einem kontinuierlichen Durchlauf des Streifens ohne Stopps entsteht.
Das Standardmodell ist damit also keineswegs widerlegt.

Das Interessanteste für mich ist im Moment, dass es offenbar beim Proton und beim Neutron eine verschwindend kleine Ladungsdichte über den aus Streuversuchen bekannten Nukleonenradius (1,2 Fermi) hinaus gibt. Auch bei 2 Fermi ist die noch nicht ganz null.
Hat das Nukleon zwei Aussengrenzen? Eine schärfere innere, die durch die Masse definiert ist und eine weichere äussere Ladungsgrenze?

Herzliche Grüsse
Orbit

Klaus
25.09.2007, 01:10
Also aus meiner Sicht vielen Dank an alle für die Beiträge und an Mark für die Links auf die Dokumente.
Die oberflächliche negative Ladung der Neutronen macht für einen Laien wie mich zumindest erklärlich, warum selbige überhaupt an Protonen haften bleiben und die Summe dann etwas leichter wird als die Einzeilteilchen. :)
Nun müßte sich nur noch ein guter Geist finden, der den Energieinhalt der elektrischen Felder an Hand der ermittelten Kurven berechnet und verrät, wieviel Prozent der Energie bzw. Masse der Teilchen sich in diesen verbirgt. :rolleyes: Steckt die Masse von Nukleonen nun in deren elektrischen Feldern, oder ist diese Vermutung völliger Unsinn? :confused:

ins#1
25.09.2007, 01:56
Wie kommt man bitte auf die Idee, sowas wie das Standard-Modell, könnte durch eine neue Entdeckung, die man bei einem Elementarteilchen macht, zusammen brechen. Auf solche Gedanken sollte man als Nicht-Physiker niemals und als Physiker, erst nach überreifer Überlegung - wenn überhaupt - kommen (es winkt der Nobelpreis). Das Standard-Modell wird höchstens verfeinert/erweitert. Genau wie bei der RT von Einstein. Auch wenn bei der Quantenmechanik gesunder Menschenverstand nix zu suchen hat, und ich von der dahinter liegenden Mathematik nicht den blassesten Schimmer habe, tippe ich mal darauf, dass die meißten Theorien-von-Allem lediglich auf eine Vereinigung beider Theorien abzielen und nicht versucht wird, eine davon zu Widerlegen.



Wird man dereinst die einzelnen Quantenzustände knipsen können?


Ohne davon eine Ahnung zu haben, jedoch eine Meinung, würde ich behaupten dass man diverse Teilchen aus dem SM niemals direkt zu Sehen bekomen wird. Ich denke es gibt eine Reihe limitierender Faktoren: Viele Teilchen können "allein" nicht lange genug existieren oder werden zu schnell durch ihr Anti-Teilchen wieder ausgelöscht. Oder es scheitert an der Detektion mangels Wechselwirkung und dafür erforderlicher neuer Technologie. Da bleibt oft nur der indirekte Nachweis durch Zerfallsketten oder rein theoretischen Überlegungen, die letztlich in die Mathematik passen müssen, dass es funktioniert. Dann schränkt vielleicht noch die Planck-Zeit/Länge ein oder benötigte Energien, die man nicht aufzubringen vermag.



Die oberflächliche negative Ladung der Neutronen macht für einen Laien wie mich zumindest erklärlich, warum selbige überhaupt an Protonen haften bleiben und die Summe dann etwas leichter wird als die Einzeilteilchen. :)


Für den Zusammenhalt von Protonen/Neutronen im Atomkern ist die starke Wechselwirkung verantwortlich welche als Austauschteilchen die Gluonen definiert, welche verschiedene Farbladungen einnehmen und den Atomkern zusammenhält.

Gruß
Patrick

Joachim
25.09.2007, 08:56
Hallo Patrick,

ich kann deinem Posting in allen Teilen fast wörtlich zustimmen. Es kommt vielleicht etwas darauf an, was man unter "zusammenbrechen eines Modells" versteht. Neue Experimente können zum gängigen Modell im Widerspruch stehen. Dann ist eine Erweiterung des Modells gefordert. Manchmal ist dazu sogar ein grundsätzliches Umdenken notwendig (siehe übergang von klassischer Mechanik zur Quantenmechanik).

Damit wären wir beim Thema:
Hallo Orbit,
In diesen Messungen wird der quantenmechanische Grundzustand der Nukleonen untersucht. Man legt Streuprozesse zugrunde, bei denen sich die innere Energie der Teilchen nicht ändert (elastische Stösse). Der Grundzustand ist aber ein Zustand, in dem die Teilchen nicht weiter lokalisiert sind. Die Quarks flitzen nicht im Nukleon umher, sie nehmen als Wellenfunktion den günstigsten Zustand an. Das ist eben die hier gemessene Ladungsverteilung. Würde man nun mit härteren Streuprozessen kleinere Quarks in inneren sehen wollen, so würde man diese Quarks zu sehen bekommen, aber sie wären durch den Prozess erzeugt und würden den Grundzustand unwiederbringlich zerstören.

Übringens wird der neue Beschleuniger XFEL (X-ray Free Electron Laser) kein Teilchenbeschleuniger sein, sondern eine Synchrotronstrahlungsquelle der vierten Generation. Auf den Teraelektronenvolt-Linear-Collider muss man noch warten, bis die internationale Gemeinschaft sich zur Finanzierung durchringen kann. Das Projekt wird deutlich teurer als der XFEL in Hamburg und Schleswig Holstein.

Hi Klaus,


Nun müßte sich nur noch ein guter Geist finden, der den Energieinhalt der elektrischen Felder an Hand der ermittelten Kurven berechnet und verrät, wieviel Prozent der Energie bzw. Masse der Teilchen sich in diesen verbirgt.

Das wird nicht so einfach. Wie Patrick schon schrieb ist hier die starke Wechselwirkung entscheidend. Die wird klassisch durch den Austausch von Pionen vermittelt. Entsprechend deutet der Autor den leicht positiven Teil des Protons und den leicht negativen Bereich des Neutrons als Pionen-dominierten-Bereich. Die Energieabsenkung hängt nun vom Überlapp dieser Pionen und der starken Wechelwirkung ab.

Gruß,
Joachim

Orbit
25.09.2007, 10:25
Guten Tag @ all
Auch ich möchte, wie Klaus, erst mal danke sagen. Ich hab den Eindruck, dass ich noch nie in einer Forumsdiskussion so weit und so klar (aber vielleicht täuscht mich da meine Kurzsichtigkeit ^^) über meine eigenen Wissensgrenzen hinaus sehen durfte wie hier. Und das ist vor allem auch ein Verdienst von Dir,

Joachim,
der Du es meisterlich verstehst, Bilder von Laien nicht nur sachlich ins richtige Licht zu rücken, sondern sogar mit Deinen wissenschaftlichen Vorstellungen zu verknüpfen.

Darf ich die Aussage am Schluss Deines Beitrags

Entsprechend deutet der Autor den leicht positiven Teil des Protons und den leicht negativen Bereich des Neutrons als Pionen-dominierten-Bereich. Die Energieabsenkung hängt nun vom Überlapp dieser Pionen und der starken Wechelwirkung ab.
als indirekte Antwort auf meine Frage

Das Interessanteste für mich ist im Moment, dass es offenbar beim Proton und beim Neutron eine verschwindend kleine Ladungsdichte über den aus Streuversuchen bekannten Nukleonenradius (1,2 Fermi) hinaus gibt. Auch bei 2 Fermi ist die noch nicht ganz null.
Hat das Nukleon zwei Aussengrenzen? Eine schärfere innere, die durch die Masse definiert ist und eine weichere äussere Ladungsgrenze?
werten und so interpretieren, dass der ausserhalb von 1,2 Fermi liegende, leicht geladene Bereich beider Nukleonen als Überlappzone betrachtet werden darf?
Wohlverstanden, ich meine dabei nicht, dass die Kernbindung durch ein Überlappen dieser geringen elektromagnetischen Ladung zu stande käme, meine aber, dass die em Ladung auch die Reichweite der Farbladungen verrate.

Herzliche Grüsse
Orbit

Joachim
25.09.2007, 11:54
Hallo Orbit,



Darf ich die Aussage am Schluss Deines Beitrags

als indirekte Antwort auf meine Frage

werten und so interpretieren, dass der ausserhalb von 1,2 Fermi liegende, leicht geladene Bereich beider Nukleonen als Überlappzone betrachtet werden darf?
Wohlverstanden, ich meine dabei nicht, dass die Kernbindung durch ein Überlappen dieser geringen elektromagnetischen Ladung zu stande käme, meine aber, dass die em Ladung auch die Reichweite der Farbladungen verrate.


Du darfst.

Man muss sich klar sein, dass hier nicht die elektrische Feldstärke gemessen wird. Die reicht beim Proton noch sehr viel weiter und wird erst durch die Elektronenwolke im Ångström-Bereich abgeschirmt. Es geht hier um die elektrische Ladungsdichte. Und wo ein Hadron elektrische Ladung hat, da trägt es auch Farbladung. Hier wirkt also auch die starke WW.

Gruß,
Joachim

Klaus
25.09.2007, 22:54
Für den Zusammenhalt von Protonen/Neutronen im Atomkern ist die starke Wechselwirkung verantwortlich welche als Austauschteilchen die Gluonen definiert, welche verschiedene Farbladungen einnehmen und den Atomkern zusammenhält.

Stimmt natürlich, sonst würde ein Atomkern kaum mehrere gleichartig geladene Protonen beinhalten können. :o
Ich muß mich dringend mal etwas mit der Kernphysik auseinandersetzen.

F77
27.09.2007, 19:01
Zweitens denke ich, dass die Gleichmann-Theorie durch diese Messung eher widerlegt als bestätigt wird. Mehr als ein paar Bilder und eine Beschreibung mit Worten gibt es dort ja nicht, aber im groben beschreibt Gleichmann das Neutron und das Proton durch positiv geladene Quarks, die je von negativ geladenen Elektronen umgeben sind. Nach diesem Bild würde man eher die positive Ladung im Zentrum und die negative außen herum erwarten. Und zwar sowohl beim Proton als auch beim Neutron. Dass das Proton überall positiv ist, spricht also eher gegen Gleichmann, der ja das Proton als Neutron mit fehlendem Elektron beschreibt.

Im Zentrum bildet sich sowohl beim Proton als auch beim Neutron ein e- Orbital, wenn ich das richtig verstanden habe. Beim Proton ist dieses Orbital aber deutlich kleiner und dadurch vielleicht nicht mehr detektierbar. Wie du jetzt darauf kommst, dass das Zentrum nach der Hypothese positiv sein muesste (Elektronen sind schliesslich negativ), verstehe ich nicht.

Joachim
28.09.2007, 14:10
Hi F77,


Im Zentrum bildet sich sowohl beim Proton als auch beim Neutron ein e- Orbital, wenn ich das richtig verstanden habe. Beim Proton ist dieses Orbital aber deutlich kleiner und dadurch vielleicht nicht mehr detektierbar. Wie du jetzt darauf kommst, dass das Zentrum nach der Hypothese positiv sein muesste (Elektronen sind schliesslich negativ), verstehe ich nicht.

Das schließe ich daraus, dass er von s-Orbitalen spricht. Auf Seite 15 seiner Orbitaltheorie stellt Gleichmann Quarks als Gebilde vor, die aus zwei inneren positiven und äußeren negativen Ladungen bestehen. Die Quarks müssen also im Zentrum positiv sein. Allerdings sehe ich, dass er die Quarks so anordnet, dass ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Zentrum verschwindet. Er hat also die Idee von einem hohlen Proton. Auf Seite 16 Abbildung 2 stellt er die Ladungsdichteverteilung des Protons dar und sie sieht überhaupt nicht wie gemessen aus. Ich bleibe also dabei Gleichmanns Theorie ist durch die hier diskutiere Messung falsifiziert.

Zur Ladungsdichteverteilung im Neutron sagt er nichts aus, aber er sagt, dass beim Proton außen ein Elektron fehlt. Also sollte sich außen nicht innen die grösste Änderung zwischen Neutron und Proton bemerkbar machen.

Gruß,
Joachim

Orbit
28.09.2007, 14:28
Hallo Joachim

In diesen Messungen wird der quantenmechanische Grundzustand der Nukleonen untersucht. Man legt Streuprozesse zugrunde, bei denen sich die innere Energie der Teilchen nicht ändert (elastische Stösse). Der Grundzustand ist aber ein Zustand, in dem die Teilchen nicht weiter lokalisiert sind. Die Quarks flitzen nicht im Nukleon umher, sie nehmen als Wellenfunktion den günstigsten Zustand an. Das ist eben die hier gemessene Ladungsverteilung.
Dazu habe ich ein paar dumme Fragen:
Sind die elektrischen Ladungen also nicht in den Quarks lokalisiert?
Wellenfunktionen haben eine Ausdehnung, die sich (verschmiert, denke ich) in diesen Messdaten widerspiegelt?
Wie überlagern sich em Wellenfunktion und jene der Farbladung?
Sind die sogar deckungsgleich?
Und bei der starken WW überlappen die Wellenfunktionen der Farbladung?

Herzliche Grüsse
Orbit

Joachim
28.09.2007, 15:31
Hi Orbit,



Sind die elektrischen Ladungen also nicht in den Quarks lokalisiert?


Doch, aber die Quarks sind nicht lokalisiert.



Wellenfunktionen haben eine Ausdehnung, die sich (verschmiert, denke ich) in diesen Messdaten widerspiegelt?


Ja, Wellenfunktionen sind immer ausgedehnt und ihr Betragsquadrat an einem Punkt gibt die Wahrscheinlichkeit, dass das Teilchen an diesem Punkt wechselwirkt wird.



Wie überlagern sich em Wellenfunktion und jene der Farbladung?
Sind die sogar deckungsgleich?
Und bei der starken WW überlappen die Wellenfunktionen der Farbladung?


Das ist nicht so einfach zu sagen. Die Messung der Ladungsdichte gibt so etwas wie die Quarkverteilung an. Genauer: 2/3-Up-Quarkdichte minus 1/3-Down-Quarkdichte ist Ladungsdichte. Bei der Farbladungsdichte geht auch noch die Gluonendichte ein. Gluonen tragen ja auch Farbe. Also sind Ladungsdichte und Farbladungsdichte nicht unbedingt Deckungsgleich.

Für eine Wechelwirkung müssen sich die Ladungen nicht überdecken. Sie müssen nur innerhalb der Reichweite sein. Bei der starken WW ist diese sehr kurz.

Gruß,
Joachim

Orbit
28.09.2007, 15:50
Hallo Joachim
Danke für die klaren Antworten!

Für eine Wechelwirkung müssen sich die Ladungen nicht überdecken. Sie müssen nur innerhalb der Reichweite sein. Bei der starken WW ist diese sehr kurz.
Also dieser Bereich von etwa 0,8 Fermi, welchen ich weiter oben angesprochen habe?

Herzliche Grüsse
Orbit