Fragen zur speziellen Relativitätstheorie

Gast

Hallo zusammen.

Ich habe hier ein paar Fragen, bei denen ich teilweise nicht weiß wie ich sie beantworten sollte.
Es wäre schön, wenn ihr mir helfen könntet.

Hier die Fragen.

1) Photonen besitzen die Ruhemasse m0=0. Sie existieren nur bei Lichtgeschwindigkeit.

Was können Sie über den Ablauf der Eigenzeit eines Photons sagen? Wie "sieht" das Photon eine Bewegung durch den Raum?

2) Warum entstehen viele neue Elementarteilchen, wenn Elektronen und Positronen der Energie 10 GeV in Beschleunigern aufeinanderprallen?

Bei der Paarerzeugung und der Paarvernichtung wird deutlich, dass Teilchen und Antiteilchen immer gleichzeitig entstehen und verschwinden.
3) Warum besteht unser sichtbares Universum aber ausschließlich aus Teilchen?

Bei Aufgabe 2 habe ich bisher folgende Antwort vorbereitet:

Nach der Relativitätstheorie gibt es eine Massenzunahme, da die Teilchen sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen. Dadurch ist es möglich bei hohen Energien schwere Teilchen zu erzeugen.
Es lässt sich untersuchen, wie das Universum wohl gewesen war, als seine ganze Energie noch auf einen kleinen Bereich konzentriert war.

Bei Aufgabe 3 würde ich folgende Antwort vorschlagen:

Man geht davon aus, dass ein großer Teil der Materie, die während des Urknalls explodierte, mit Antimaterie kollidierte und zu Energie wurde, aber ein Teil blieb und formte das, was wir heute Universum nennen. Es muss also am Anfang eine Asymmetrie gegeben haben. Teilchen und Antiteilchen zerfielen nicht in identischer Weise, sondern auf messbar unterschiedliche Art. Dieser Effekt wird CP-Verletzung genannt.

Könnet ihr mir bitte bei der Beantwortung der Fragen helfen bzw. bei denen wo ich schon eine Antwort hab Stellung nehmen?

Vielen Dank.

Neko · Anmeldungsdatum: 04.07.2004 Beiträge: 526 Wohnort: Berlin

Also zu Aufgabe 1:

ein Körper, der sich beispielsweise mit 0.5c bewegt, so zu einem anderen Planeten reist, und nach 20 Jahren (im Erdsystem gemessen) wieder zur erde zurückkehrt, ist natürlch nach der SRT viel weniger als 20 Jahre gealtert. Die Eigenzeit wird umso kleiner, je größer die Geschwindigkeit wird, und wird null, wenn sie c ist somit bleibt alles, was sich im Bezugssystem Photon mitbewegen würde stehen (de facto kann sich nichts mit einem Photon mitbewegen, als andere Photonen - da kein sonst bekanntes Objekt im Universum die Ruhemasse null hat).

Zur Frage der Sichtweise:

Für den bereits oben erwähnten reisenden, der sich mit 0,5c bewegt, kontrahieren sich sämtliche Strecken, die parallel zu seiner Flugrichtung existieren auf eine bestimmte Länge, lässt sich hiermit berechnen:

für v einfach mal 0.5c einsetzten und für s die Strecke im unbewegten Beobachter-System. So, wenn du jetzt ein Photon bist, und wissen willst, wie alle Strecken aus deinem bewegten Bezugssystem aussehen, setze mal für v = c. dann bekommst du:

das bedeuted, dass für das Photon jede Strecke , die es beobachtet null wird. Berücksichtigt man nun noch, dass auch seien Eigenzeit null ist, kann man sagen, ein Photon befände sich überall gleichzeitig

smile

Gast

Vielen Dank für die ausführliche Antwort.

(Bei der Längenkontraktion müsste zwar noch eine Wurzel hin, aber ist ja nicht weiter schlimm Augenzwinkern

)

Wäre schön, wenn zu den weiteren Aufgaben noch Antworten kämen.

Danke.

Neko · Anmeldungsdatum: 04.07.2004 Beiträge: 526 Wohnort: Berlin

Schon verbessert. Zu 2) und 3) kann ich dir leider keine Antworten geben. sry...

Ket-Vektor · Anmeldungsdatum: 18.05.2005 Beiträge: 33 Wohnort: 83278 Hilbertraum

zu 2.:

Das Konzept der relativistischen Massenzunahme ist hier nicht erforderlich, sondern eher verwirrend (in der theoretischen physik spricht man sowieso selten von bewegter masse).

Wenn e- und e+ in einem e+/e- Collider mit jeweils 10 GeV aufeinanderprallen, zerstrahlen sie zu einem virtuellen Photon (oder einem Z0 - bei dieser Energie aber nicht wichtig) der Energie 20 GeV, welche im Laborsystem = Schwerpunktsystem für die Erzeugung neuer Teilchen zur Verfügung steht: Der Energie-Impuls-Vektor im SP-System ist k=(20 GeV, 0, 0, 0). Das virtuelle Photon kann auf verschiedene Art zerfallen, bei 20 GeV stehen relativ viele Zerfallskanäle offen: Z.B. in ein Strange und ein Anti-Strange Quark. Oder in ein myon und anti-myon. Insbesondere die hadronischen Zerfälle (also in quarks) führen zu einer vielzahl sekundärer Teilchen bei der Hadronisierung bzw. beim Zerfall von schweren Teilchen in leichtere. Ausserdem kann es Kaskaden aufgrund Bremsstrahlung (von Photonen oder Gluonen) geben. Die anfänglichen 20 GeV können sich also auf Ruheenergie (schwere eher langsame Teilchen) oder kinetische Energie (schnelle Zerfallsprodukte) aufteilen.

zu 3.:

Dein Lösungsvorschlag hört sich o.k. an smile

Stichwort X-Boson. Bin grad zu faul zum weitertippen LOL Hammer

Florian