elementare Fragen

elementary · Gast

Hallo

Ich habe ein Paar Fragen die bei ersten lesen sehr "Elementar" erscheinen, aber wohl sehr schwer zu Beantworten sein werden.

- Was ist die Elementarladung von Elementarteilchen wie Elektron, Proton ( beziehungweise den Quaks) und anderen?

- Wodurch / Wie ( Welcher mechanismus ist da für verantwortlich) entsteht die Elementarladung

- Warum hat die Elementarladung GENAU diesen Wert

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

elementary · Gast

fuuuhhhh,

da raucht mir der Kopf, da ich von den meisten Fachwörten und Abkürzungen keine Ahnung habe.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Wer fragt, ist ein Narr für eine Minute. Wer nicht fragt, ist ein Narr sein Leben lang.
(Konfuzius)

Also frag nach, das Thema ist extrem umfangreich, man muss sich wohl fokussieren. Was ist denn dein Vorwissen?

elementary · Gast

Der Spruch ist cool Big Laugh

Vorwissen:
Reasschule
+ Internetstöbereien (Interesse an Naturwissenschaften, Astronomie und Mathematik) aktueller als Bücher

schon bekannt:
- magnetische Monopole = ein Magnet mit nur einen Pol
da glaube ich aber nicht dran,

- Quantisierungsbedingung = in einzelnen sprüngen, wie der Sekundenzeiger einer Uhr

- Stringtheorie = entwas mit 11 Dimension die kleiner als die Planckmaße sind

von dehnen habe ich noch nie etwas gehört
Unbekannt:

gewichtete Summen,
SU(3),
elektroschwache Ladungen = schwacher Isospin der SU(2),
U(1),
Eichsymmetrien (im el.-schw. Sektor),

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Wir fangen von unten an, denn das sind etablierte, experimentell bestätigte Theorien.

Ich such dir mal ein paar relevante Wikipedia-Artikel zusammen; das ganze hier zu tippen ist zu aufwändig. Nachfragen ist dann natürlich OK.

http://de.wikipedia.org/wiki/Standardmodell
http://de.wikipedia.org/wiki/Elementarteilchen
http://de.wikipedia.org/wiki/Eichtheorie

U(1) steht für eine Rotation eines "Zeigers" in einer Ebene um den Ursprung. Dabei wird der Zeiger mathematisch durch eine einzige (daher die '1') komplexe Zahl beschrieben. Diese U(1) ist die lokale Eichsymmetrie des Elektromagnetismus.

SU(3) steht für die unabhängige Rotation dreier derartiger Zeiger. Diese SU(3) ist die lokale Eichsymmetrie der starken Wechselwirkung; Quarks und Gluonen tragen eine quantisierte SU(3) Ladung, die auch Farbladung genante wird und nichts mit der el. Ladung zu tun hat.

Zu den gewichteten Summen; das ist nicht ganz einfach. Stell dir die Elementarteilchen eingruppiert in drei Generationen vor (siehe der o.g. Link). Die erste Generation besteht aus up-Quark, down-Quark, Elektron und Neutrino. Diese vier tragen jeweils eine bestimmte Ladung q (2/3, 1/3, -1, 0) in Einheiten der Elementarladung e. Warum genau diese Werte wissen wir heute nicht. Zunächst könnten diese Ladungen beliebige Vielfache der Elementarladung sein.

Nun betrachtet man quantenfeldtheoretische Prozesse (Stichwort: Feynmandiagramme). Dabei gibt es solche, die die Eichsymmetrie der schwachen WW verletzen, d.h. die Theorie erscheint zunächst symmetrisch, die quantenfeldtheoretischen Prozesse zerstören die Symmetrie und die Theorie wird mathematisch inkonsistent (komische Dinge wie Wahrscheinlichkeiten größer 100% u.ä.). Nun ist es so, dass nur die einzelnen Prozesse zu Inkonsistenzen führen, die Summe über alle Prozesse (Feynmandiagramme) respektiert jedoch die Symmetrie! Summiert man über alle Prozesse, so bedeutet das, dass man über alle dazu beitragenden Teilchen summiert und dabei jedes Teilchen (jede Teilchensorte) mit einer gewissen Häufigkeit gewichtet (ein Neutrino bekommt bei el. Prozessen die Häufigkeit 0, weil es keine el. Ladung trägt und damit überhaupt nicht beteiligt ist; Quarks kommen in drei Farbladungen vor, daher trägt z.B. das up-Quark mit el. Ladung 2/3 mit einer Gewichtung von 3 bei).

Nun betrachtet man die Summe über alle Beiträge aller Teilchen zu den verbotenen Prozessen; man erhält eine gewichtete Summe mit Gewicht n über die Ladungen q

und diese Summe muss Null sein, da der Prozess ja verboten ist (es gibt verschiedene Prozesse und daher mehrere dieser Summen).

Prüfen wir das für den o.g. Fall (2/3, 1/3, -1, 0) nach:

3* 2/3 + 3* (-1/3) + 1*(-1) + 0 = 2 - 1 - 1 = 0

Passt!

Daraus folgt nun nicht der Wert der Elementarladung oder der einzelnen Ladungen oder eine Quantisierung. Aber daraus folgt, dass für die Ladungen verschiedener Teilchen eben diese Summen Null sein müssen, d.h. beliebige Ladungen sind auf jeden Fall verboten! Es bestehen vielmehr Bedingungen, die die Ladungen der Teilchen erfüllen müssen, damit die Theorie konsistent bleibt; woher diese Bedingungen letztlich stammen ist jedoch unbekannt.

elementary · Gast

Da habe ich noch viel zu lesen und zu verstehen, denn mache "Zeichen" in der Eichsymmetrie wie die gespiegelte 6 (differentialrechnung) oder das durchgestrichene o oder v und wie man mit Imaginähren Zahlen rechenet wieß ich nicht.

Das kann noch sehr Interesand und aufregend werden, dies alles zuverstehen

Ich werde entwas Zeit brauchen
( Zeit ist relertiv, es hängt nur vom Beobachter ab Big Laugh

)
, mich erstmal so weit einzuarbeiten

Ich DANKE dir bis hir hin Thumbs up!

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

versuch' erstmal ohne die Mathematik durchzukommen