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Gustav123
Gast
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 Gustav123 Verfasst am: 05. Nov 2012 16:49 Titel: Quarks |
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Meine Frage:
Woher weiß mann, dass die Materie aus Quarks aufgebaut ist.
Soweit ich weiß, wurden Quarks in Experimenten nie gemessen oder beobachtet.
Kann man überhaupt Elektronen, Protonen und Neutronen in einem Experiment beobachten?
Meine Ideen:
Danke |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 05. Nov 2012 17:32 Titel: |
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Nun, man kann Streuexperimente mit hochenergetischen Elektronen an Nukleonen durchführen; dabei beobachtet man, dass die Elektronen an (näherungsweise) freien, punktförmigen Streuzentren gestreut werden, die 1/3 bzw. 2/3 der Elementarladung tragen; diese Streuzentren (die sozusagen im Nukleon existieren) identifiziert man dann als Quarks;
Bei niederenergetischer Streuung am Proton als Ganzem stellt sich das Proton als nicht-punktörmig heraus.
Das Stichwort wäre tiefinelastische Streuung
http://www.hs.uni-hamburg.de/~st2b102/seminare/ss06/richter_folien.pdf
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 06. Nov 2012 12:55 Titel: |
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Das heißt also, dass umso höher die Energien der Elektronen sind, die Elektronen umso mehr "in" ein Nukleon eindringen können?
Und dabei werden sie dann entsprechend 1/3 bzw. 2/3 der Elementarladung abgelenkt.
So kann kann man auf die Existenz eines up- oder down-quarks schließen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 06. Nov 2012 19:28 Titel: |
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| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | | Das heißt also, dass umso höher die Energien der Elektronen sind, die Elektronen umso mehr "in" ein Nukleon eindringen können? |
Ja - so wie schom beim Rutherfordschen Streuexperiment mit dem Nachweis des Atomkerns
| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | | Und dabei werden sie dann entsprechend 1/3 bzw. 2/3 der Elementarladung abgelenkt. |
Ja
| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | | So kann kann man auf die Existenz eines up- oder down-quarks schließen. |
Ja
So wie du da schreibst hört es sich ein wenig wie Reifenwechseln an; in der Praxis war es klein wenig schwieriger ;-)
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 07. Nov 2012 11:55 Titel: |
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Hallo Tom,
du hast in deiner ersten Antwort geschrieben, dass die Elektronen an näherungsweise punktförmigen Streuzentren gestreut werden.
Das Proton sich aber nicht als punktförmig herausstellt.
1. Bedeutet das, dass es nichts kleineres gibt als die Quarks (punktförmig)?
Könnte man mit Streuexperimenten auch in den Bereich der vermutlich existierenden Strings vorstoßen?
2. Kann man bei Streuexperimenten auch Gluonen "beobachten"? |
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##
Gast
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| ## Verfasst am: 07. Nov 2012 14:28 Titel: |
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Freie "Quarks" konnten noch nie "beobachtet" werden! |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 07. Nov 2012 15:02 Titel: |
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| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | du hast in deiner ersten Antwort geschrieben, dass die Elektronen an näherungsweise punktförmigen Streuzentren gestreut werden.
Das Proton sich aber nicht als punktförmig herausstellt. |
Yes
| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | | 1. Bedeutet das, dass es nichts kleineres gibt als die Quarks (punktförmig)? |
Nach ggw. Kenntnis gibt es nichts Kleineres.
| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | | Könnte man mit Streuexperimenten auch in den Bereich der vermutlich existierenden Strings vorstoßen? |
Nur theoretisch wg. der erforderlichen Energien. Und dann sähe man auch keine Substrukturen, sondern Anregungen (Oberschwingungen) also extrem massive, jedoch "elementare Teilchen".
| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | | 2. Kann man bei Streuexperimenten auch Gluonen "beobachten"? |
Ja, indirekt. Zum einen „beobachtet“ man mit der o.g. Streuung die Substruktur des Nukleons, also auch den Quark-See (aus "virtuellen Quarks") sowie die entsprechende Gluonen in sogenannten Strukturfunktionen. Zum anderen gibt es sogenannte Jets, das sind Sekundärteilchen, die aus einzelnen, herausgelösten Quarks entstehen. Üblicherweise treten diese Jets paarweise auf, nämlich für ein herausgelöstes Quark-Antiquark Paar. Wenn außerdem ein Gluon involviert ist, dann beobachtet man Drei-Jet-Ereignisse. Mittels dieser Ereignisse wurde letztlich der Nachweis der Gluonen geführt
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 07. Nov 2012 15:10 Titel: |
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| ## hat Folgendes geschrieben: | | Freie "Quarks" konnten noch nie "beobachtet" werden! |
aber asymptotisch freie Quarks schon ;-)
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 08. Nov 2012 08:20 Titel: |
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Sind die heutigen Experimente des Teilchenbeschleunigers LHC auch mit den Streuexperimenten zu vergleichen, bei denen man die Quarks und Gluonen entdeckt hat.
Gibt es da einen Unterschied? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 08. Nov 2012 08:35 Titel: |
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Der wesentliche Punkt ist dass der LHC sehr viel "Dreckeffekte" produziert.
Eigtl. möchte man an die Substruktur der Nukleonen oder die Eigenschaften der Quarks und Gluonen durch Streuung elementarer Teilchen (Elektronen) erkunden. Allerdings ist die Konstruktion von hochenergetischen Ringbeschleunigern wie bei HERA durch die Synchrotronstrahlung (insbs. bei leichten Teilchen wie Elektronen) limitiert, d.h. um die notwendigen Energien zu erhalten verwendet man schwere, nicht-elementare Teilchen wie Protonen am LHC. Dadurch entsteht sehr starker Untergrund, d.h. Dreckeffekte.
Stell dir vor du erkundest die Substruktur eines Autos durch gezielte Schüsse mit einem Luftgewehr. Die Energie ist dabei aber zu gering, um z.B. ins Innere des Motorblocks reinzuschauen. Nun lässt du stattdessen zwei Autos frontal aufeinanderprallen und versuchst aus den Trümmern wiederum die Substruktur des Motorblocks zu rekonstruieren.
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 08. Nov 2012 11:06 Titel: |
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Danke für deine Antwort, Tom.
Am LHC finden doch Teilchenkollisionen statt.
Aber könnte man dort auch Streuexperimente wie bei HERA durchführen?
Könnte man am LHC anhand von Streuexperimenten auch Quarks und Gluonen nachweisen? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 08. Nov 2012 12:55 Titel: |
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Ja, es findcen Streuexperimente statt.
Nein, man kann nur mit Protonen arbeiten; andere Teilchen (Elektronen) erfordern andere Beschleunigertechnologien.
Ja, m an weist Quarks, Gluonen etc. ständig nach; man benutzt die bekannten QCD-Ergebnisse sogar, um die Kollisionen zu simulieren und aus den Abweichungen zwischen Simulation und Experiment neue Effekte zu extrahieren; so wurde der Higgsnachweis dergestalt geführt, dass man die bekannten QCD-Effekte subtrahierte und das was dann noch übrig blieb als Higgs-Effekte identifizierte)
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 09. Nov 2012 13:08 Titel: |
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Wie sehen Drei-Jet-Ereignisse aus bzw. aus welchen Teilchen bestehen sie?
Bestehen sie aus einem Quark, Antiquark und einem Gluon? |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 09. Nov 2012 13:58 Titel: |
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Ich würde meiner Frage gerne noch etwas hinzufügen.
Ich habe gelesen, dass die Gluonen am Beschleuniger PETRA entdeckt wurden. Dabei annihilierten sich ein Elektron und ein Positron.
1. Ich dachte, dass das Gluon so wie das Quark durch ein Streuexperiment entdeckt wurde.
Aber die Annihilation ist doch kein Streuexperiment, oder?
2. Wie entsteht aus dieser Annihilation ein drei-Jet-Ereignis |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 09. Nov 2012 15:38 Titel: |
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Puh, da müsste ich auch erst nachlesen; schau doch mal in der englischen Wikipedia unter Jets, 3-Jet, Gluons, ...
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
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| jh8979 Verfasst am: 09. Nov 2012 16:08 Titel: |
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| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | Ich würde meiner Frage gerne noch etwas hinzufügen.
Ich habe gelesen, dass die Gluonen am Beschleuniger PETRA entdeckt wurden. Dabei annihilierten sich ein Elektron und ein Positron.
1. Ich dachte, dass das Gluon so wie das Quark durch ein Streuexperiment entdeckt wurde.
Aber die Annihilation ist doch kein Streuexperiment, oder?
2. Wie entsteht aus dieser Annihilation ein drei-Jet-Ereignis |
Bei dem Streuexperiment wurden Elektronen und Positronen aneinander gestreut. Eine moegliche Reaktion ist dass sie annihilieren, ein virtuelles Photon "entsteht", dass dann ein Quark/Antiquark-Paar wird und eines des Quarks strahlt denn ein Gluon ab.
Gleich ganz oben zu sehen hier:
http://en.wikipedia.org/wiki/Gluon
Weiter unten sieht man noch ein anderes Beispiel fuer ein 3-Jet Event, in dem das Photon an ein Ypsilon (b/bbar-Paar) koppelt, dass dann drei Gluons abstrahlt. |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 10. Nov 2012 08:57 Titel: |
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Danke an Tom und jh8979 für eure informativen Antworten.
Ich wollte nochmal auf das Streuexperiment von PETRA eingehen.
Ist es nicht so, dass wenn das Photon sich in ein Quark-Antiquark-Paar "umgeformt" hat und eines der Quarks ein Gluon emittiert hat, sich das Quark-Antiquark-Paar und das Gluon in ein anderes Hadron umwandeln?
Das bezeichnet man doch dann als Jet. In diesem Falle ein 3-Jet-Ereignis. |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
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| jh8979 Verfasst am: 10. Nov 2012 08:59 Titel: |
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| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: |
Das bezeichnet man doch dann als Jet. In diesem Falle ein 3-Jet-Ereignis. |
Ja. Es gibt keine "freie" Quarks oder Gluonen... |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 10. Nov 2012 09:02 Titel: |
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Ist dir bekannt, in welche Hadronen sich das Quark-Antiquark-Paar und das Gluon umwandelt?
Vielleicht in Mesonen? |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
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| jh8979 Verfasst am: 10. Nov 2012 09:11 Titel: |
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Das ist nicht so einfach. Im einfachsten Fall entsteht ein Quark/Antiquark-Paar, dass wegen des Confinements nicht alleine sein kann und jeweils ein Quark/antiquark mit sich traegt so dass es zwei Mesonen werden. Es koennen aber auch ein Baryon und AntiBaryon entstehen .. das ist nicht festgelegt.... |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 10. Nov 2012 09:57 Titel: |
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Und was ist mit dem Gluon?
Wandelt sich das auch in ein Meson um? |
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8582
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 11. Nov 2012 11:56 Titel: |
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| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | Und was ist mit dem Gluon?
Wandelt sich das auch in ein Meson um? |
Ein einzelnen Gluon kann sich nie in Mesonen umwandeln, da ein Gluon Farbladungen trägt, die Mesonen nicht. D.h. es wird immer WWs zwischen den zwei bzw. drei primären Quarks und Gluonen die die zwei bzw. drei Jets definieren sowie den "restlichen" Quarks und Gluonen geben, so dass die finalen (farblosen) Hadronzustände nie aus genau diesen primären Quarks und Gluonen resultieren.
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 12. Nov 2012 16:09 Titel: |
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Hallo Tom.
Ist es richtig, dass es bei dem Quark-Antiquark-Paar und dem Gluon zur Hadronisierung kommt?
In was wandelt sich das Gluon und das Quark-Antiquark-Paar dann um?
Auf einer Seite im Internet stand, dass sie sich in Pionen "umwandeln".
Ist das richtig? |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 07:27 Titel: |
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Die letzte Antwort habe ich nicht so ganz verstanden.
Wäre jemand so nett und würde sie mir nochmal erklären?
Ich habe nur soviel verstanden, dass das Gluon sich alleine nicht "umwandeln" kann. Und dass es ständige Wechselwirkungen zwischen den Quarks, Gluonen und den Hadronen gibt.
Ist es vielleicht so, dass das Gluon sich mit anderen Gluonen (aus dem Vakuum) zu Mesonen verbindet? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 07:43 Titel: |
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Ein Gluon trät ein Paar vorn Farbladungen; ein Meson ist dagegen farbneutral. Daher kann sich ein einzelnes "farbiges" Gluon nie in ein farbneutrales Meson umwandeln".
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 07:47 Titel: |
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Danke für deine Antwort.
Aber in was "wandelt" sich das Gluon dann um?
Es kommt doch zu einer Hadronisierung, oder nicht? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 08:17 Titel: |
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Schau mal hier: http://www.nature.com/nature/journal/v397/n6719/images/397472aa.eps.0.gif
Man erkennt rechts unten die auslaufendne Quark-Antiquark-Paare, die dafür sorgen, dass farbneutrale Mesonen entstehen.
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 08:21 Titel: |
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Guter Link!
Kann man da auch sehen, was mit dem Gluon passiert?
Wenn die Quark-Antiquark-Paare sich in Mesonen umwandeln, in was wandelt sich das Gluon um? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 08:25 Titel: |
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Ja, kann man, im rechten Bild ;-)
Es verwandelt sich in ein "farbiges" Quark-Antuiquark-Paar, wobei jedes dieser beiden Teilchen mit einem jeweiligen Antiteilchen ein farbneutrales Meson bildet.
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 08:28 Titel: |
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Nochmals vielen Dank für deine Antworten.
Ich denke, jetzt habe ich es ganz gut verstanden (für einen Laien)! |
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 08:40 Titel: |
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Auf dem rechten Bild steht auf der rechten Seite "p or n".
Steht das für ein Proton oder Neutron? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 08:58 Titel: |
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Ja, p = Proton, n = Neutron.
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 09:00 Titel: |
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Wandeln sich einige Quarks-Antiquarks auch in Protonen oder Neutronen um? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 09:12 Titel: |
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Zumindest sollte ein einlaufendes Proton oder Neutron als Baryon weiterlaufen; tut es in dem Bild auch
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Gustav123
Gast
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| Gustav123 Verfasst am: 13. Nov 2012 09:41 Titel: |
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Eine Frage hätte ich noch ;-)
Woher nimmt das Gluon die Energie, sich in ein Quark-Antiquark-Paar zu verwandeln? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 19:57 Titel: |
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Die Energie hat das Gluon bereits. Jedenfalls sind Energie und Impuls exakt erhalten (es gibt kein "Borgen" von Energie)
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IsabellaCullen
Anmeldungsdatum: 13.11.2012
Beiträge: 71
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| IsabellaCullen Verfasst am: 13. Nov 2012 20:03 Titel: Re: Quarks |
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| Gustav123 hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Woher weiß mann, dass die Materie aus Quarks aufgebaut ist.
Soweit ich weiß, wurden Quarks in Experimenten nie gemessen oder beobachtet. |
Meines Wissens ging man dabei ähnlich vor wie bereits Ernest Rutherford vor mehr als 100 Jahren: Man schoss Elektronen in Protonen und stellte anhand ihrer Ablenkungstendenzen fest, dass die Protonen aus drei Quarks bestehen, gleichfalls Neutronen.
| Zitat: | Kann man überhaupt Elektronen, Protonen und Neutronen in einem Experiment beobachten?
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Direkt "sehen" kann man sie nicht, soweit ich weiß. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18067
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| TomS Verfasst am: 13. Nov 2012 22:33 Titel: Re: Quarks |
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| IsabellaCullen hat Folgendes geschrieben: | | ... dass die Protonen aus drei Quarks bestehen ... |
"drei" ist in gewisser Weise nur eine Approximation
| Zitat: | | Direkt "sehen" kann man sie nicht, soweit ich weiß. |
Stimmt ;-)
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