RegistrierenRegistrieren   LoginLogin   FAQFAQ    SuchenSuchen   
wie entsteht die nukleonenmasse (genau) ?
 
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Quantenphysik
Autor Nachricht
paulvinc
Gast





Beitrag paulvinc Verfasst am: 13. März 2014 22:09    Titel: wie entsteht die nukleonenmasse (genau) ? Antworten mit Zitat

Hallo!
Ich habe jetzt schon zum 10 000. Mal gelesen, dass 99% der Nukleonenmasse aus der Bewegungsenergie der Gluonen stammt. Und Energie ist gleich Masse, klar...
Andererseits heißt es, die Interaktion mit dem Higgs Feld würde Masse erst "erschaffen" können und die Quarks tuen das ja auch brav, allerdings beträgt ihr Teil nur 1% der Nukleonmasse. Wechselwirkt die Bewegungsenergie der Quarks auch irgendwie mit dem Higgs Feld? Wie kann ich mir das vorstellen? Bitte um schnelle Hilfe, brauche es für mein Spezialgebiet in Physik (Matura/Abitur)
Liebe Grüße,
Paul
Seelachs



Anmeldungsdatum: 12.03.2014
Beiträge: 31

Beitrag Seelachs Verfasst am: 14. März 2014 08:19    Titel: Antworten mit Zitat

"Bewegungsenergie der Gluonen" ist ein wenig irritierend ausgedrückt. Die Quarks erzeugen durch eine Eigenschaft die "Farbladung" heißt (aufgrund ihrer prinzipiellen Ähnlichkeit mit der elektrischen Ladung) ein Feld (Das Gluonenfeld), mit dem sie selbst und andere Quarks derart wechselwirken, dass dabei die sog. "starke Wechselwirkung" oder "starke Kernkraft" entsteht, die für die innere Bindung des Nukleons verantwortlich ist.
Die Energiedichte dieses Feldes (die nicht das selbe ist, wie die Bewegungsenergie von irgendwelchen Teilchen sondern einfach eine abstrakte Größe) erzeugt über die Energie-Impuls-Beziehung der speziellen Relativität eine Skalierung des Impulses, die einer bestimmten Masse äquivalent ist. Das ist schließlich auch (bis auf einen winzigen Anteil) die Ruhemasse des Nukleons.

Die ganze Sache mit dem Higgs-Feld ist eine andere. Das Higgs-Feld ist nicht notwendig, damit es träge Masse gibt. Endliche Energiedichten beeinflussen allein aufgrund des speziellen Relativitätsprinzips (und der Definition der Größen "Energie" und "Impuls") einen Impuls in der Art einer trägen Masse.
Das Higgs-Feld ist eine relativ spezielle Sache, die man eingeführt hat, da es eine bestimmte Klasse von Feldern gab (Eichfelder der schwachen Wechselwirkung, so etwa ähnliches wie das Gluonenfeld) deren Energiedichte sich so verhalten sollte, wie etwas das eine Ruhemasse hat, denen aber nicht ohne weiteres ein entsprechender Term in ihrer Lagrangedichte (die Größe aus der schließlich die Dynamik der Felder hervorgeht) hinzugefügt werden konnte, da man damit für die Theorie unabdingbare Eichinvarianzen der Felder zerstört hätte.
Indem man diese Eichfelder aber an ein Skalarfeld mit bestimmten Eigenschaften (Das Higgs-Feld) koppelt (so wie man die Quarks an das Gluonenfeld koppelt, nur dass das Higgs-Feld nicht durch die Eichfelder erzeugt wird sondern unabhängig von ihnen vorhanden ist) kann man das Problem umgehen, da der Kopplungsterm in der Lagrangedichte eben das macht, was ein Masseterm macht, ohne die Eichinvarianz der Felder zu stören.

Später hat man auch Fermionen (wie bspw. den Quarks) einen Kopplungsterm ans Higgs-Feld verpasst, der so ihre Ruhemassen erzeugt.

Eine Sache die man nicht vergessen sollte, wenn man Dokumenationen mit lauter blauen und grünen Kügelchen sieht, populärwissenschaftliche Artikel (Spektrum d. W.) und Bücher liest, mit allerlei Metaphern, wie dem Elementarteilchen, das auf eine Party geht, und die ganzen Higgs-Bosonen kommen an und wollen kuscheln:
Letzten Endes ist die gesamte quantenfeldtheoretische Elementarteilchenphysik nur ein mathematisches Konstrukt, dessen Sinn es ist Messwerte zu reproduzieren (und hervorzusagen).
Da kann man noch so häufig kleine Quark-Kugeln malen, zwischen denen Gluonen hin und her zuppeln, das ändert nichts daran, dass hinter diesen Namen letzten Endes nur mathematische Felder stehen, die unter hoch abstrakten Operatoren zu einer Lagrangedichte aufsummiert werden.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 11333

Beitrag TomS Verfasst am: 14. März 2014 10:50    Titel: Re: wie entsteht die nukleonenmasse (genau) ? Antworten mit Zitat

paulvinc hat Folgendes geschrieben:
Ich habe jetzt schon zum 10 000. Mal gelesen, dass 99% der Nukleonenmasse aus der Bewegungsenergie der Gluonen stammt ... Bitte um schnelle Hilfe, brauche es für mein Spezialgebiet in Physik.

Schnelle Hilfe gibt es da nicht. Ich habe nach dem Physikstudium längere Zeit im Bereich der QCD zu verwandten Themen gearbeitet. Viel früher hätte ich die Fragestellungen auch nicht verstanden ;-)

Am besten ist es vielleicht, mit ein paar zu einfachen Vorstellungen aufzuräumen, insbs. dem, dass Quarks und Gluonen irgendwie als Teilchen betrachtet werden können.

Wenn man eine Energiebetrachtung durchführt, muss man eher wie bei einer Feldtheorie argumentieren (wobei es sich natürlich um eine Quantenfeldtheorie handelt!) Es gibt einige Terme, die man als kinetische Energie von Quarks und Gluonen interpretieren kann. Dann gibt es eine Reihe von Wechselwirkungstermen, deren Beiträge äußerst kompliziert aussehen. Außerdem ist eine Aufteilung in diese Einzelbeiträge aufgrund der Eichsymmetrie nicht eindeutig.

In der QED sähe das ganz grob wie folgt aus:



Die „kinetische Energie“ ist die Energie freier Elektron- und freier el.-mag. Felder; ersteres kennst du aus der Schule sicher nicht; letzteres ist dir vielleicht schon mal über den Weg gelaufen:



Die Wechselwirkungsenergie steckt zum einen in der Kopplung der elektrischen Ströme j(x) an das Vektorpotential A(x); zum anderen kann man einen Term identifizieren, der der Coulombenergie von Ladungsdichten rho(x) entspricht.




Nun zur QCD: hier gibt es nicht eine sondern acht Farbladungen; außerdem tragen auch die Gluonen zur Farbladung und zu den Farbströmen bei, d.h. j und rho werden kompliziert (ich habe schon bei der QED nicht hingeschrieben, wie die im Detail aussehen).

Zunächst ist bereits der „kinetische“ Anteil eben keine „kinetischer Energie freier Felder“; bereits hier sind Wechselwirkungen enthalten. Die Kopplung der Ströme j (die einen Quark- und einen Gluonenanteil haben) an die Eichfelder A ist komplizierter. Der Colulombterm kann nur noch formal hingeschrieben werden, da der Nenner sowie weitere Terme ebenfalls A-abhängig werden. Wenn es dich interessiert, können wir das gerne diskutieren.

So viel zur Komplexität des Problems. Die Interpretation wird damit natürlich auch nicht einfacher. Ich habe mal bei Bekannten nachgefragt, ob sie konkrete Ergebnisse zu Berechnungen einzelnen Beiträgen von H kennen. Messen kann man die Einzelbeiträge natürlich nicht.

_________________
«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»
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Quantenphysik