| Autor |
Nachricht |
Tim & Struppi
Gast
|
 Tim & Struppi Verfasst am: 28. Jul 2012 19:53 Titel: ringförmiger Atomkern |
 |
|
Meine Frage:
Wir haben uns die Frage gestellt, ob nicht die Möglichkeit eines ringförmigen (donutförmigen) Atomkerns besteht? Da sich in der Quantenmechanik die Elektronen nicht in Bahnen sondern in Wahrscheinlichkeitsräumen aufhalten, wäre die Geometrie des Kerns doch auch so möglich. Auch der Massendefekt wäre ja damit erklärbar. Die Elektronen hätten hierbei ja auch die Möglichkeit durch den Ring zu gelangen und dort beschleunigt zu werden. Die Idee dahinter war auch: Die Ladung des Kerns würde dann wie in einem Supraleiter ringförmig fließen.
Meine Ideen:
Diese Frage ist aus reinem Interesse entstanden und wir würden uns über ein paar Erkenntnisse von euch freuen.
|
|
 |
jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
|
| jh8979 Verfasst am: 28. Jul 2012 22:04 Titel: |
|
|
|
Atomkerne sind in der Regel kugelfoermig oder ellisoide (also gestauchte oder gestreckte Kugeln). Es gibt unterschiedlche Anregungen die durchaus bizarre Formen annehmen koennen. Ein ringfoermiger Atomkern ist allerings nicht stabil, d.h. selbst wenn man den irgendiwe herstellen koennte wurde es sich *sofort* verformen/auseinanderbrechen/.../wer weiss was genau, er bliebe auf jeden Fall kein Ring.
|
|
|
D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
|
| D2 Verfasst am: 29. Jul 2012 14:19 Titel: |
|
|
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Ein ringfoermiger Atomkern ist allerings nicht stabil, d.h. selbst wenn man den irgendiwe herstellen koennte wurde es sich *sofort* verformen/auseinanderbrechen/.../wer weiss was genau, er bliebe auf jeden Fall kein Ring. |
Wenn ein Atomkern rotieren würde, würde auch seine Ringform die nötige Stabilität erlangen.
|
|
|
franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
|
| franz Verfasst am: 29. Jul 2012 14:22 Titel: |
|
|
|
Mit welcher Drehzahl?
|
|
|
TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
|
| TomS Verfasst am: 29. Jul 2012 14:47 Titel: |
|
|
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Ein ringfoermiger Atomkern ist allerings nicht stabil, d.h. selbst wenn man den irgendiwe herstellen koennte wurde es sich *sofort* verformen/auseinanderbrechen/.../wer weiss was genau, er bliebe auf jeden Fall kein Ring. |
Wenn ein Atomkern rotieren würde, würde auch seine Ringform die nötige Stabilität erlangen. |
Ein Atomkern kann sicher rotieren; das wäre der Eigendrehimpuls bzw. der Spin. Verschiedenen Formen des Kerns werden mittels sogenannter Multipolmomente beschrieben. Ladungs- und Stromverteilungen werden über elektrische und magnetische Multipolmomente aus Streuexperimenten über die sogenannten Formfaktoren bestimmt; elektrische und magnetische Formfaktoren sind dabei im wesentlichen die Fouriertransformierten der Ladungs- und Stromverteilungen.
In einem einfachen Bild beschreibt man kugelsymmetrische Kerndichten mittels der Fermifunktion
 = \frac{\rho_0}{1 + \exp\left(\frac{r-r_0}{a}\right)})
Soweit ich weiß ist dieses Kerndichtenprofil ziemlich allgemein gültig, d.h. auch bei höheren Kernspins ist die Dichte im Zentrum konstant, d.h. sie wird nicht geringer, wie das bei einem Ring erforderlich wäre.
Das ist auch einfach zu verstehen, denn im Falle eines Rinmgs müsste die Zentrifugalkraft die starke Kernkraft überwiegen, was m.E. nie der Fall sein wird. Ob es dazu theoretische Berechnungen gibt weiß ich nicht, aber die experimentellen Befunde sind eindeutig.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
|
|
D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
|
| D2 Verfasst am: 29. Jul 2012 16:26 Titel: |
|
|
| TomS hat Folgendes geschrieben: |
Das ist auch einfach zu verstehen, denn im Falle eines Rings müsste die Zentrifugalkraft die starke Kernkraft überwiegen, was m.E. nie der Fall sein wird. Ob es dazu theoretische Berechnungen gibt weiß ich nicht, aber die experimentellen Befunde sind eindeutig. |
Mit der Zentrifugalkraftstärke sehe ich kaum Probleme, diese muss mal nicht so groß sein.
"Die starke Wechselwirkung bindet die Quarks aneinander und bewirkt damit den Zusammenhalt der Hadronen (z. B. dem Proton) und indirekt der Atomkerne. Auf fundamentaler Ebene wird sie als Wechselwirkung zwischen den Quarks durch Gluonen als Austauschteilchen durch die Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben. Für kleine Distanzen bzw. hohe Energien weist die QCD nur eine geringe Kopplungsstärke auf, was auch als Asymptotische Freiheit bezeichnet wird. "
http://de.wikipedia.org/wiki/Grundkr%C3%A4fte_der_Physik
aber gegen die experimentele Befunde kann ich kein Argument nennen, außer, man gezielt die Ringform als eine Möglichkeit betrachtet und zusätzliche Experimente ausdenkt die diese Vermutung ausschließt.
|
|
|
TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
|
| TomS Verfasst am: 29. Jul 2012 16:45 Titel: |
|
|
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | "Die starke Wechselwirkung bindet die Quarks aneinander ... und indirekt der Atomkerne ... Für kleine Distanzen bzw. hohe Energien weist die QCD nur eine geringe Kopplungsstärke auf ... |
Die QCD ist hier nicht von Belang; die 'kleineren Distanzen' beziehen sich auf Längenskalen weit unterhalb der Größe der Atomkerne (einige fm bis ~ 10 fm), nämlich auf die der Nukleonen selbst (< 1 fm). Die starke Kernkraft zwischen den Nukleonen als "Restwechselwirkung" der QCD (zwischen Quarks und Gluonen) ist vergleichsweise stark. Man beachte, dass positiv geladenen Kerne extrem stark gebunden sind, d.h. dass die Kernkraft auch die abstoßende Coulombkraft bei weitem überwiegt.
Man müsste sich in dem Fall mal Kernresonanzen mit sehr großem Spin anschauen ...
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
|
|
jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
|
| jh8979 Verfasst am: 29. Jul 2012 16:47 Titel: |
|
|
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Mit der Zentrifugalkraftstärke sehe ich kaum Probleme, diese muss mal nicht so groß sein. |
Bei Sachverhalten mit denen ich mich nicht auskenn seh ich auch nie ein Problem 
Die Groesse eines Atomkerns ist offensichtlich keine "kleine Distanz" in diesem Zusammenhang.
|
|
|
jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
|
| jh8979 Verfasst am: 29. Jul 2012 16:50 Titel: |
|
|
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Man müsste sich in dem Fall mal Kernresonanzen mit sehr großem Spin anschauen ... |
Der Spin eines Atomkerns spielt hier im Uebrigen gar keine Rolle, da auch ein hoher Spin nicht heisst, dass der Atomkern rotieren wuerde... auch wenn der deutsche Ausdruck Eigendrehimpuls ist 
|
|
|
TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
|
| TomS Verfasst am: 29. Jul 2012 17:03 Titel: |
|
|
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | ... da auch ein hoher Spin nicht heisst, dass der Atomkern rotieren wuerde |
Das weiß ich sehr wohl.
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Der Spin eines Atomkerns spielt hier im Uebrigen gar keine Rolle ... |
Das ist sicher falsch; höhere Spins führen zu Abweichungen von der Kugelsymmetrie, zumindest in dem Sinne, dass Erwartungswerte höherer Multipolmomente eine wesentliche Rolle spielen werden.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
|
|
jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
|
| jh8979 Verfasst am: 29. Jul 2012 17:10 Titel: |
|
|
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Das ist sicher falsch; höhere Spins führen zu Abweichungen von der Kugelsymmetrie, zumindest in dem Sinne, dass Erwartungswerte höherer Multipolmomente eine wesentliche Rolle spielen werden. |
Das stimmt natuerlich. Es ging mit nicht darum, dass diese Kerne keine Kugelform mehr haben, sondern Ellipsoide sind. Ich meinte: Auch bei hoeherem Spin gibt es keine ringfoermigen Atomkerne
|
|
|
D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
|
| D2 Verfasst am: 29. Jul 2012 17:53 Titel: |
|
|
| TomS hat Folgendes geschrieben: |
Die QCD ist hier nicht von Belang; die 'kleineren Distanzen' beziehen sich auf Längenskalen weit unterhalb der Größe der Atomkerne (einige fm bis ~ 10 fm), nämlich auf die der Nukleonen selbst (< 1 fm). Die starke Kernkraft zwischen den Nukleonen als "Restwechselwirkung" der QCD (zwischen Quarks und Gluonen) ist vergleichsweise stark. |
Wenn mann annehmen sollte, das ein Atomkern in der Mitte ein Loch haben sollte,
dann muss schon einziges Proton so ein Loch haben. Seine Größe:
"Der Durchmesser eines freien Protons beträgt etwa 1,7 · 10−15 m, also 1,7 Femtometer (fm)."
Dieser besteht aus 3 Quarks und die Mitte scheint frei zu sein.
Vielleicht hilft ausgerechnet die Eigenrotation des Protons +Asymptotische Freiheit seine Stabilität zu erlangen?
Ein primitiver Vergleich
http://expvorl.physik.uni-muenchen.de/versuche_mechanik/drehbewegungen/rot_kette/index.html
"Das Proton besteht aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark (Formel uud). "
http://de.wikipedia.org/wiki/Proton
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Der Spin eines Atomkerns spielt hier im Uebrigen gar keine Rolle, da auch ein hoher Spin nicht heisst, dass der Atomkern rotieren wuerde... auch wenn der deutsche Ausdruck Eigendrehimpuls ist :) |
Wenn man zwei Drehungen, die zu 90° zu einander stehen, koppelt, kommt man automatisch zu einer Bruchrotation welche unter Spin bekannt ist. Wenn das Proton doppelt so schnell rotieren würde wie es seine einzelne Quarks tuen, kommt man zu einer Spinzahl 1/2.
Wenn man diese Eigenrotation des Photons vernachläsigt,
kommt zu folgenden Ergebnissen:
"Einfachste Idee: Der Protonspin setzt sich aus den Spins der drei Quarks zusammen, die im naiven Modell das Proton bilden .. Messungen am SLAC und am CERN bestätigten aber die naive Erwartung nicht"
http://www.desy.de/f/hera/germ/chap5.html
| Beschreibung: |
|
| Dateigröße: |
6.33 KB |
| Angeschaut: |
2212 mal |
|
Zuletzt bearbeitet von D2 am 29. Jul 2012 20:39, insgesamt einmal bearbeitet |
|
|
jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
|
| jh8979 Verfasst am: 29. Jul 2012 19:18 Titel: |
|
|
| D2 hat Folgendes geschrieben: | Wenn mann annehmen sollte, das ein Atomkern in der Mitte ein Loch haben sollte,
dann muss schon einziges Proton so ein Loch haben. |
Ich glaub die urspruengliche Frage ging mehr darum, ob man die Protonen und Neutronen zu einem Ring anordnen kann.
Der Spin der Protons und die asymptotische Freiheit der QCD haben nichts mit der Stabilitaet des Protons zu tun. Im Standard Modell ist das Proton stabil, weil Baryonenzahl eine (zufaellige) Erhaltungsgroesse ist. Andererseits, ist in vielen GUT Modellen (die ja auch QCD enthalten) ein moeglicher Protonzerfall ein grosses Problem.
| D2 hat Folgendes geschrieben: |
Wenn man zwei Drehungen, die zu 90° zu einander stehen, koppelt, kommt man automatisch zu einer Bruchrotation welche unter Spin bekannt ist. Wenn das Proton doppelt so schnell rotieren würde wie es seine einzelne Quarks tuen, kommt man zu einer Spinzahl 1/2.
|
Versteh nicht ganz was Du hier sagen willst, aber um es nochmal deutlich zu machen: Beim Spin rotiert nichts. Da ist kein innerer Kreisel oder sowas. Der Spin als innerer Freiheitsgrad ist eine Konsequenz der Lorentzsymmetie der Raum-Zeit, sobald man QM Impulszustaende definiert.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | Wenn man diese Eigenrotation des Photons vernachläsigt,
kommt zu folgenden Ergebnissen:
"Einfachste Idee: Der Protonspin setzt sich aus den Spins der drei Quarks zusammen, die im naiven Modell das Proton bilden .. Messungen am SLAC und am CERN bestätigten aber die naive Erwartung nicht"
http://www.desy.de/f/hera/germ/chap5.html |
Ich glaub ich weiss, was diese Aussage sagen soll: Die Quarks sind nicht polarisiert und lassen sich einfach zum Protonenspin zusammenaddieren... Die Aussage dass der Protonenspin seine Ursache nicht in den Spins der Quarks hat ist schlichtweg falsch. Insofern ist das Zitat von der DESY Webseite sehr irrefuehrend.
|
|
|
D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
|
| D2 Verfasst am: 29. Jul 2012 21:18 Titel: |
|
|
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | .
| D2 hat Folgendes geschrieben: |
Wenn man zwei Drehungen, die zu 90° zu einander stehen, koppelt, kommt man automatisch zu einer Bruchrotation welche unter Spin bekannt ist. Wenn das Proton doppelt so schnell rotieren würde wie es seine einzelne Quarks tuen, kommt man zu einer Spinzahl 1/2.
|
Versteh nicht ganz was Du hier sagen willst, aber um es nochmal deutlich zu machen: Beim Spin rotiert nichts. Da ist kein innerer Kreisel oder sowas. Der Spin als innerer Freiheitsgrad ist eine Konsequenz der Lorentzsymmetie der Raum-Zeit, sobald man QM Impulszustaende definiert.
|
Ich wollte nur zeigen, das Spin 1/2, was eine Umdrehung von 720° entspricht
"Erst eine 720°-Drehung bringt wieder denselben Zustandsvektor hervor."
http://de.wikipedia.org/wiki/Spin auch modelliert werden kann.
Ein Torus wessen beide seine Radien R +r gleichzeitig rotieren, wird bei gleichen Rotationsgeschwindigkeiten nach 360° vollständige Umdrehung vorführen. Wird aber das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit vR/vr =2
gewählt, muss der Torus ganze 2 Umdrehungen vollziehen, bis dieser in die Startposition zurückkehrt. Wenn so ein Ring geladen und in beide Rotationen versetzt wird, kann man ohne Bedenken z.B. Elektronenspin mit seinem magnetischen Moment nachbilden.
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetisches_Moment
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektron
Aber wir verlassen zu stark das ursprüngliche Thema.
|
|
|
TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
|
| TomS Verfasst am: 30. Jul 2012 00:09 Titel: |
|
|
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Es ging mit nicht darum, dass diese Kerne keine Kugelform mehr haben, sondern Ellipsoide sind. Ich meinte: Auch bei hoeherem Spin gibt es keine ringfoermigen Atomkerne |
Stimmt. Ich versuche nur, eine anschauliche Erklärung zu finden.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
|
|
TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
|
| TomS Verfasst am: 30. Jul 2012 09:21 Titel: |
|
|
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | ... da auch ein hoher Spin nicht heisst, dass der Atomkern rotieren wuerde |
Das weiß ich sehr wohl. |
Dazu noch eine kleine Anmerkung: i.A. darf Spin nicht mit einer Rotation gleichgesetzt werden. Im Falle des Spins von Atomkernen ist diese Interpretation jedoch durchaus naheliegend, da der Kernspin ja aus Nukleonenspins sowie Bahndrehimpuls der Nukleonen "zusammengesetzt" ist. D.h. ein gewisser "Anteil" des Nukleonenspins stammt sicher aus einer Rotation der Nukleonen im Kern.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
|
|
jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
|
| jh8979 Verfasst am: 30. Jul 2012 10:25 Titel: |
|
|
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Dazu noch eine kleine Anmerkung: i.A. darf Spin nicht mit einer Rotation gleichgesetzt werden. Im Falle des Spins von Atomkernen ist diese Interpretation jedoch durchaus naheliegend, da der Kernspin ja aus Nukleonenspins sowie Bahndrehimpuls der Nukleonen "zusammengesetzt" ist. D.h. ein gewisser "Anteil" des Nukleonenspins stammt sicher aus einer Rotation der Nukleonen im Kern. |
Auch wenn dies mit der urspruenglichen Frage nichts mehr zu tun hat (interessant ist es ja trotzdem ):
Ich wuerde das dann allerdings nicht mehr "Spin" des Atomkerns nennen, sondern "Gesamtdrehimpuls". Beides sind zwar Representationen von SO(3)~SU(2), allerdings heisst die nicht dass sie dasselbe sind... auch wenn diess Unterscheidung meist nicht sorgfaeltig gefuehrt wird...
... aber ich denke wir stimmen im wesentlichen ueberein.
|
|
|
TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
|
| TomS Verfasst am: 30. Jul 2012 14:35 Titel: |
|
|
| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | ... aber ich denke wir stimmen im wesentlichen ueberein. |
Ja ;-)
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
|
|
|
Registrieren
Login
FAQ
Suchen
