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Higgs-Feld vs. Bindungsenergie
 
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Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 10. Jul 2012 12:35    Titel: Higgs-Feld vs. Bindungsenergie Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo.
Ich habe neulich gelesen, dass das Higgsfeld nur für einen Teil der Masse der Nukleonen verantwortlich ist.
Denn die Masse eines Up-Quarks, welche ein Higgs-Boson erzeugt liegt bei nur ca. 3 MeV/c² bzw. die eines Down-Quarks bei ca. 6 MeV/c².

Die Frage ist nun, wie die Konstituentenquarkmasse zustande kommt.

Stimmt es, dass das mit der Bindungsenergie der Starken Wechselwirkung zu tun hat? Oder hat es eher mit den Seequarks zun tun, d.h. virtuelle Quark-Antiquark-Paare und virtuelle Gluonen, welche zur Masse der Quarks beitragen?




Meine Ideen:
Danke
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 10. Jul 2012 16:03    Titel: Antworten mit Zitat

Ich muss nochmal nachfragen.
Ist es das Higgs-Boson, dass für die Masse der Quarks verantwortlich ist bezüglich der extrem kleinen Masse der Quarks?
Und wie kommt die Konstituentenmasse der Quarks zustande?

Durch die Seequarks oder die Bindungsenergie der Starken Wechselwirkung?
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7682

Beitrag jh8979 Verfasst am: 10. Jul 2012 20:30    Titel: Starke Wechselwirkung Antworten mit Zitat

Die Masse der Quarks kommt vom Higgs-Feld.

Die Masse des Protons kommt nur zum geringen Teil von den Massen der Quarks, sondern ist fast ausschliesslich Bindungsenergie der Starken Wechselwirking.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 10992

Beitrag TomS Verfasst am: 11. Jul 2012 00:50    Titel: Re: Starke Wechselwirkung Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
Die Masse des Protons kommt nur zum geringen Teil von den Massen der Quarks, sondern ist fast ausschliesslich Bindungsenergie der Starken Wechselwirkung.

Bindungsenergie ist hier irreführend, da diese ja (aufgrund des Massendefektes) die Summe der Einzelmassen erniedrigt - was im Falle des Protons offensichtlich nicht der Fall ist.

Die (näherungsweise bzw. exakt) masselosen Quarks und Gluonen im Protonen bewegen sich relativistisch, d.h. die Ruhemasse des Protons entspricht einer hohen kinetischen Energie. Aber auch dieses Bild ist leicht verwirrend; es ist nicht einfach, die Masse des Protons mit unseren Alltagsbegriffen zugleich anschaulich und einigermaßen korrekt zu erklären.

_________________
«while I subscribe to the "Many Worlds" theory which posits the existence of an infinite number of Toms in an infinite number of universes, I assure you that in none of them am I dancing»
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 7682

Beitrag jh8979 Verfasst am: 11. Jul 2012 00:56    Titel: Re: Starke Wechselwirkung Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
jh8979 hat Folgendes geschrieben:
Die Masse des Protons kommt nur zum geringen Teil von den Massen der Quarks, sondern ist fast ausschliesslich Bindungsenergie der Starken Wechselwirkung.

Bindungsenergie ist hier irreführend, da diese ja (aufgrund des Massendefektes) die Summe der Einzelmassen erniedrigt - was im Falle des Protons offensichtlich nicht der Fall ist.

Die (näherungsweise bzw. exakt) masselosen Quarks und Gluonen im Protonen bewegen sich relativistisch, d.h. die Ruhemasse des Protons entspricht einer hohen kinetischen Energie. Aber auch dieses Bild ist leicht verwirrend; es ist nicht einfach, die Masse des Protons mit unseren Alltagsbegriffen zugleich anschaulich und einigermaßen korrekt zu erklären.


stimme zu.
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 11. Jul 2012 07:58    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für eure Antworten!

Habe ich das richtig verstanden: Die Masse der Quarks kommt durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld.
Aber die Masse des Protons kommt vor allem durch die Bindungsenergie der starken Wechselwirkung (die Bindungsenergie ist hier nicht negativ, sondern positiv). Zudem haben die Quarks des Protons sehr hohe Geschwindigkeiten (relativistisch) und damit hohen Energien. Diese führen zu einer hohen kinetischen Energie, welche auch zur Masse beiträgt.
Richtig so?

Was ist aber mit den Seequarks, welche kontinuierlich entstehen (um die Valenzquarks des Protons)?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 10992

Beitrag TomS Verfasst am: 11. Jul 2012 08:27    Titel: Antworten mit Zitat

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Habe ich das richtig verstanden: Die Masse der Quarks kommt durch die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld.
Ja

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Aber die Masse des Protons kommt vor allem durch die Bindungsenergie der starken Wechselwirkung (die Bindungsenergie ist hier nicht negativ, sondern positiv).
Nein, das habe ich oben schon kommentiert. Ich wollte eher sagen, dass im Falle der QCD die Bindungsenergie (= die Stabilität des gebundenen Zustandes) einerseits und die Masse (des gebundenen Zustandes) andererseits nichts miteinander zu tun haben. Bindungsenergie (pro Quark) ist letztlich die Energie, die benötigt wird, den gebundenen Zustand aufzubrechen bzw. ein Quark zu isolieren (vgl. Ionisierungsenergie eines Elektrons im Atom). Das funktioniert mit einem einzelnen Quarek aufgrund des Color-Confinements sowieso nicht. Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc² in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Zudem haben die Quarks des Protons sehr hohe Geschwindigkeiten (relativistisch) und damit hohen Energien. Diese führen zu einer hohen kinetischen Energie, welche auch zur Masse beiträgt.
Ja.

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Was ist aber mit den Seequarks, welche kontinuierlich entstehen (um die Valenzquarks des Protons)?
Das ist wiederum irreführend. Du gehst davon aus, dass ein Proton aus drei Valenzquarks besteht, die von einer Wolke virtueller Teilchen umgeben sind. Das liest man oft, ist aber eher falsch als richtig bzw. nur eine skizzenhhafte Veranschaulichung die nichts wirklich erklärt.

In einem bestimmten Limes sieht es so aus, als ob das Proton aus drei (schweren) Valenzquarks besteht. Die Masse dieser Valenzquarks berechnet man zu einem Drittel der Protonenmasse - ohne eine der beiden Massen erklären zu können! Schaut man genauer hin, so findet man keine Valenzquarks oder Seaquarks, sondern nur ein quantisiertes Quarkfeld.

Man kann in der Quantenfeldtheorie und insbs. in der QCD keine Teilchen zählen, separieren, als eigenständige Objekte ansehen usf. Man kann desegen auch nicht die relativistische Gesamtenergie eines Quarks berechnen und die Nukleonenmasse aus ihnen zusammensetzen. Man kann mit dem Formalismus der QCD sehr präzise Vorhersagen machen (Nukleonenmassen bis auf ca. 5% genau), verliert jedoch viele Veranschaulichungsmöglichkeiten. Letztere sollten immer mit einem großen "VORSICHT!" versehen sein - was in populärwissenschaftlichen Darstellungen oft fehlt.

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Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 11. Jul 2012 08:44    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen, vielen Dank für deine ausführliche Antwort! Tanzen Thumbs up!
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 12. Jul 2012 15:28    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo. Ich habe noch ein paar Fragen zum Higgs-Boson

1. Wie sicher ist man sich nun der Existenz des Higgs-Bosons? Was bedeutet eine in diesem Zusammenhang eine Signifikanz von 4,9 Sigma?

2. Welchen Teilchen verleiht das Higgs-Boson Masse? Sind es nur die Elementarteilchen? Denn die Masse des Protons hat ja etwas mit der Geschwindigkeit der Quarks zu tun.

3. Kann man die Masse über den Higgs-Mechanismus berechnen, oder müssen die Massen der Elementarteilchen gemessen werden?

4. Ist es das Higgs-Boson oder das gesamte Higgs-Feld, welches den Teilchen Masse verleiht?


Vielen Dank für eure Antworten
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 10992

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Jul 2012 15:54    Titel: Antworten mit Zitat

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
1. Wie sicher ist man sich nun der Existenz des Higgs-Bosons? Was bedeutet eine in diesem Zusammenhang eine Signifikanz von 4,9 Sigma?
Dazu müsstest du mal was zu Statistik, Signifikanz etc. nachlesen

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
2. Welchen Teilchen verleiht das Higgs-Boson Masse? Sind es nur die Elementarteilchen? Denn die Masse des Protons hat ja etwas mit der Geschwindigkeit der Quarks zu tun.
Geladene Fermionen (Elektron, Myon, Tau sowie die Antiteilchen), Quarks, W- und Z-Boson, evtl. Neutrinos, aber dazu gibt es versachiedene Modelle; nicht: Photon, Gluonen; nur zu einem sehr geringen Anteil den Baryonen (Protonen, Neutronen, ... im Prozentbereich)

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
3. Kann man die Masse über den Higgs-Mechanismus berechnen, oder müssen die Massen der Elementarteilchen gemessen werden?
Nur für W- und Z-Bosonen über die Kenntnis der Wechselwirkungsstärke der schwachen WW. Alle anderen o.g.Elemenetarteilchen-Massen erhalten freie Parameter und müssen experimentell bestimmt werden.

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
4. Ist es das Higgs-Boson oder das gesamte Higgs-Feld, welches den Teilchen Masse verleiht?
Der konstante Vakuumwert des Feldes, nicht das Boson (das einer quantisierten Anregung entspricht)
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