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durchdringende elektromagnetische Strahlung - Neutrinos
 
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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 24. Aug 2014 19:56    Titel: durchdringende elektromagnetische Strahlung - Neutrinos Antworten mit Zitat

Ich möchte mit diesem Thema eine kleine Beobachtung aufzeigen. Es handelt sich um eine reine Spekulation.

Es heißt ja: je kleiner die Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung ist, umso leichter kann die Strahlung Materie durchdringen. Man könnte das auch so interpretieren dass je kleiner die Wellenlänge ist umsoweniger Interaktion findet zwischen der Strahlung und der Materie statt.

Wäre es möglich, dass es sich bei Neutrinos im Prinzip elektromagnetische Strahlung handelt, dessen Wellenlänge um viele Größenordnungen kleiner ist als die uns bekannten Strahlungen (Gamma, Röntgen)?


Zuletzt bearbeitet von kelloggs am 24. Aug 2014 23:00, insgesamt 2-mal bearbeitet
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
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Beitrag jh8979 Verfasst am: 24. Aug 2014 22:00    Titel: Re: durchdringende elektromagnetische Strahlung <-> Ne Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:

Wäre es möglich, dass es sich bei Neutrinos im Prinzip elektromagnetische Strahlung handelt, dessen Wellenlänge um viele Größenordnungen kleiner ist als die uns bekannten Strahlungen (Gamma, Röntgen)?

Nein, das ist nicht möglich. Wir wissen sehr genau was Neutrinos sind (und dass sie keine elektromagnetische Strahlung sind).


Zuletzt bearbeitet von jh8979 am 24. Aug 2014 23:11, insgesamt einmal bearbeitet
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 24. Aug 2014 23:06    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
kelloggs hat Folgendes geschrieben:

Wäre es möglich, dass es sich bei Neutrinos im Prinzip elektromagnetische Strahlung handelt, dessen Wellenlänge um viele Größenordnungen kleiner ist als die uns bekannten Strahlungen (Gamma, Röntgen)?

Nein, das ist nicht möglich. Wir wissen sehr genau was Neutrons sind (und dass sie keine elektromagnetische Strahlung sind).


und wie kommt man zu dieser Überzeugung? Ist das Argument mit der Durchdringung von extrem kurzwelliger Strahlung nicht valid? Bei der Entdeckung der Neutrinos ging es in erster Linie nur darum, dass Energie bei Kernspaltungsendprodukten gefehlt hat und diese Energie könnte ja theoretisch in ultrakurzwelliger Strahlung stecken, die durch ihre Kurzwelligkeit ebenfalls nur ganz selten mit normaler Materie wechselwirkt.
jh8979
Moderator


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Beitrag jh8979 Verfasst am: 24. Aug 2014 23:28    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:

und wie kommt man zu dieser Überzeugung? Ist das Argument mit der Durchdringung von extrem kurzwelliger Strahlung nicht valid? Bei der Entdeckung der Neutrinos ging es in erster Linie nur darum, dass Energie bei Kernspaltungsendprodukten gefehlt hat und diese Energie könnte ja theoretisch in ultrakurzwelliger Strahlung stecken, die durch ihre Kurzwelligkeit ebenfalls nur ganz selten mit normaler Materie wechselwirkt.

Nein kann sie nicht. Abgesehen von vielen anderen Problemen mit Deiner Idee, ist die Aussage das sehr kurzwellige Strahlung wenig mit normaler Materie wechselwirkt falsch. Der Wirkungsquerschnitt für Photonen in Materie geht wegen der Elektron-Positron-Paarerzeugung mit immer höheren Energien nicht gegen Null, sondern gegen eine Konstante.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 25. Aug 2014 00:16    Titel: Antworten mit Zitat

okay, ein interessantes Phänomen, von dem ich noch nicht gehört habe: Paarbildung

Also ich habe jetzt herausgelesen (http://de.wikipedia.org/wiki/Paarbildung_%28Physik%29), dass ein energiereiches Photon in ein Teilchen und ein Antiteilchen (Elektron und Positron im einfachsten Fall) zerfallen kann aber gibt es auch einen Grund warum es das tut bzw. wodurch wird sowas initiert?

edit: moment ich muss meine Frage anders formulieren. Im Wiki Artikel steht
Zitat:
die Paarbildung kann durch Wechselwirkung eines Photons mit dem elektrischen Feld eines Atomkerns oder eines Hüllenelektrons stattfinden.


woher weiß das Photon, dass ein Atomkern oder ein Hüllenelektron in der Nähe ist?
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
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Beitrag jh8979 Verfasst am: 25. Aug 2014 00:28    Titel: Antworten mit Zitat

Weil es mit dem Atomkern/Huellenelektron wechselwirkt. Ohne diese Wechselwirkung ist die Paarbildung nicht möglich, da der 'Partner' wegen der Energie/Impulserhaltung benötigt wird.
kelloggs



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Beitrag kelloggs Verfasst am: 25. Aug 2014 00:55    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
Weil es mit dem Atomkern/Huellenelektron wechselwirkt. Ohne diese Wechselwirkung ist die Paarbildung nicht möglich, da der 'Partner' wegen der Energie/Impulserhaltung benötigt wird.


Ahh ja, das kann ich im Grunde akzeptieren (verstehn tu ichs natürlich noch nicht) aber die aktuelle Frage war eigentlich
Zitat:
Woher weiß das Photon, dass ein Atomkern oder ein Hüllenelektron (ein Partner) in der Nähe ist?


Aber ich glaube ich habe da gerade selber eine Antwort gefunden: das Photon reagiert auf das elektrische Feld des Atoms/Hüllenelektrons (was eigentlich in dem Zitat drinnen steht, dass ich von Wiki gepostet habe) aber das Photon muss vermutlich eine gewisse "elektrische Feldstärke" durchfliegen damit es zu dieser Paarbildung kommt.

Ist das eine korrekte Annahme?
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 26. Aug 2014 19:18    Titel: Antworten mit Zitat

War meine Frage wieder zu abstrakt sodass sie nicht beantwortet werden kann?
jh8979
Moderator


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Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 26. Aug 2014 19:53    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:

Aber ich glaube ich habe da gerade selber eine Antwort gefunden: das Photon reagiert auf das elektrische Feld des Atoms/Hüllenelektrons (was eigentlich in dem Zitat drinnen steht, dass ich von Wiki gepostet habe) aber das Photon muss vermutlich eine gewisse "elektrische Feldstärke" durchfliegen damit es zu dieser Paarbildung kommt.

Wenn Du magst, kannst Du es Dir so visualisieren...
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 27. Aug 2014 19:20    Titel: Antworten mit Zitat

Wie nah muss ein Photon an einem Atomkern/Hüllenelektron vorbeifliegen damit der Paarbildungseffekt auftritt in Abhängigkeit von der Energie des Photons? z.B. muss ein hochenergetisches Photon "näher" am Wechselwirkungspartner vorbeifliegen damit der Wechselwirkungseffekt auftritt oder ist es genau umgekehrt, dass der Abstand zum Wechselwirkungspartner größer sein kann und vice versa)?

Im Prinzip möchte ich gerne wissen wie hoch die elektrische Feldstärke sein muss.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
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Beitrag TomS Verfasst am: 27. Aug 2014 19:30    Titel: Antworten mit Zitat

Die Frage kann man so nicht beantworten. Man kann sie letztlich nicht mal so stellen, denn die Begriffe "Ort", "Abstand", "Feldstärke am Ort ..." sind auf Quantenobjekte wie Photonen nicht anwendbar.

Wir betrachten den Prozess



d.h. ein Gammaquant streut an einem Kern (Nucleus) wodurch ein Elektron-Positron-Paar entsteht sowie Impuls auf den Kern übertragen wird. Dieser Prozess wird durch ein sogenanntes Matrixelement beschrieben:



das uns eine Übergangswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit der Zustände, Impulse, Spins usw. angibt. Das Endergebnis wird in Form eines Wirkungsquerschnitts angegeben, dessen Form du hier nachlesen kannst:

http://en.m.wikipedia.org/wiki/Pair_production#Photon.E2.80.93nucleus_interaction

Der wesentliche Punkt ist, dass die darin vorkommenden Objekte keinen definierten Ort haben.

Man kann T als einen sogenannten Operator auffassen, der quantenmechanisch beschreibt, wie der Kern (genauer: die Ladungs- und Stromdichte des Kerns) den Prozess verursachen. Die quantenmechanischen Zustände von Photon, Elektron und Positron sind nicht-lokalisierte Wellen oder Wellenpakete.

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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.


Zuletzt bearbeitet von TomS am 27. Aug 2014 19:54, insgesamt einmal bearbeitet
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 27. Aug 2014 19:43    Titel: Antworten mit Zitat

ahhh, da muss ich kurz nachhaken. Ich kenne jetzt nur das Konzept, dass man von Teilchen Impuls und Ort nicht beliebig genau bestimmen kann aber das elektrische Feld um ein Elektron bzw. Proton unterliegt keiner "Wahrscheinlichkeit".

Es geht mir um diesen Triggermoment, wo das Photon sich "plötzlich" in eine Elektron und Positron umwandelt. Kann man da keine Daten bestimmen wann/unter welchen Bedingungen diese Vorgänge stattfinden?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
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Beitrag TomS Verfasst am: 27. Aug 2014 19:55    Titel: Antworten mit Zitat

Hab den Beitrag nochmal erweitert.
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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 29. Aug 2014 17:20    Titel: Antworten mit Zitat

zuallererst möchte ich mich bedanken, dass man mich in die korrekte Richtung weist, um den Paarbildungsvorgang zu verstehen, der von der anerkannten Physik akzeptiert wird jedoch kann ich, so wie immer, nur die leicht verdaulichen Stücke dieser Erklärung verarbeiten. Vermutlich muss man 15 andere Kapitel der Quantenmechanik verstehen damit man eine Logik in der Paarbildung erkennt.

Mir sind in den Textabschnitten des geposteten Links 2 Dinge aufgefallen:

Zitat:
The probability of pair production in photon-matter interactions increases with photon energy...


Es ist also genau umgekehrt was ich geschrieben habe - je höher die Photonen Energie umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Photonen mit Materie interagieren. Ich frage mich dann aber warum man hochenergetische Strahlung als "durchdringende" Strahlung bezeichnet wenn diese Art der Strahlung am wahrscheinlichsten absorbiert wird.

Zitat:
...and also increases approximately as the square of atomic number.


wenn ich das richtig verstehe, dann steigt die Wahrscheinlichkeit der Paarbildung mit der Dichte des Atomkerns oder man könnte auch sagen, dass Photonen mit geringerer Energie von Materie mit höherer Dichte leichter absorbiert werden. Wenn ich also das komplette Spektrum an Photonen absorbieren möchte, dann bräuchte ich eine Materie mit ungeheurer Dichte. Wenn man entartete Materie als Obergrenze der Kompaktheit/Dichte von Materie betrachtet, würde diese Art der Materie restlos alle Photonen/Strahlungensarten absorbieren?
frustudent
Gast





Beitrag frustudent Verfasst am: 30. Aug 2014 15:14    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Es ist also genau umgekehrt was ich geschrieben habe - je höher die Photonen Energie umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Photonen mit Materie interagieren.


Das kann man so nicht sagen. Mit einer höheren Photonenenergie steigt nur die Wahrscheinlichkeit der Paarbildung, nicht der Licht-Materie-Wechselwirkung. Licht und Materie können auf unterschiedlichen Arten und Weisen miteinander wechselwirken (z.B. Streuung, Absorption, etc. ). Jede einzelne Wechselwirkung hängt aber von der Energie des Photons ab. Du kannst aber keine generelle Aussage machen, dass die Licht-Materie-Wechselwirkung mit höherer Photonenenergie steigt oder sinkt. So kann es sein, dass bestimmte Materie Photonen bestimmter Energie nahezu komplett "durchlässt", Photonen mit höherer oder niedriger Energie dagegen absorbiert. Google doch einfach mal nach "Absorptionsspektrum Wasser" oder von irgendeinem anderen Material, dann wirst du schnell feststellen, dass die Absorption bei unterschiedlichen Energien sehr unterschiedlich sein kann.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 30. Aug 2014 15:30    Titel: Antworten mit Zitat

ne, da muss ich dich korregieren. Laut der Information hier im Thread muss bei der Paarbildung ein Materie Teilchen mitwechselwirken da es sonst zur Verletzung der Energieerhaltung kommt.

Zitat:
Weil es mit dem Atomkern/Huellenelektron wechselwirkt. Ohne diese Wechselwirkung ist die Paarbildung nicht möglich, da der 'Partner' wegen der Energie/Impulserhaltung benötigt wird.


Paarbildung ist also immer mit Materiewechselwirkung verbunden.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 30. Aug 2014 15:36    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
ne, da muss ich dich korregieren ... Paarbildung ist also immer mit Materiewechselwirkung verbunden.

Richtig. Aber nicht immer ist die Wechselwirkung auch mit Paarbildung verbunden.

http://www.scuffil.de/physik/sii/quantenmechanik/comptoneffekt/4_wechelwirkung_mit_materie.pdf

Photo- und Comptonwirkungsquerschnitt fallen mit wachsender Energie stark ab; der Wirkungsquerschnitt für Paarbildung steigt dagegen an.

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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 30. Aug 2014 16:08    Titel: Antworten mit Zitat

interessant. Der Graph ist sehr informativ. Die Paarbildung steigt also gar nicht mit der Photonenenergie ins unendliche. jh8979 hat das aber bereits in einem Beitrag erwähnt.

sozusagen kann man durch Energieerhöhung der Photonen die Photon-Materie Wechselwirkung ebenfalls nicht maximieren.

Dann bleibt eigentlich nur die Vorstellung der "Materiedichte" Erhöhung um die Photon - Materiewechselwirkung auszureizen. Gibt es dazu vielleicht auch einen Graphen?
Hippocampus



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Beitrag Hippocampus Verfasst am: 30. Aug 2014 16:22    Titel: Antworten mit Zitat

Frage zu dem Graphen: Womit ist die y-Achse beschriftet? Bzw. was soll das My darstellen?
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 30. Aug 2014 16:28    Titel: Antworten mit Zitat

Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung mit einer homogenen Materie würde ich sagen.
TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 31. Aug 2014 09:49    Titel: Antworten mit Zitat

Hippocampus hat Folgendes geschrieben:
Womit ist die y-Achse beschriftet? Bzw. was soll das My darstellen?

Es handelt sich um den Massenschwächungskoeffizienten

http://de.m.wikipedia.org/wiki/Massenschw%C3%A4chungskoeffizient
http://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Attenuation_Coefficient_Iron.svg (logarithmische Skala)

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Zuletzt bearbeitet von TomS am 31. Aug 2014 10:53, insgesamt 3-mal bearbeitet
TomS
Moderator


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Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 31. Aug 2014 10:22    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
Dann bleibt eigentlich nur die Vorstellung der "Materiedichte" Erhöhung um die Photon - Materiewechselwirkung auszureizen. Gibt es dazu vielleicht auch einen Graphen?

Hier ein Diagramm, dass den Massenschwächungskoeffizienten in Abhängigkeit von den Elementen (Ordnungszahlen) sowie der Photonenenergie zeigt. Für konkretere Fragestellungen müsste man dann auf Tabellen zurückgreifen.

http://en.m.wikipedia.org/wiki/Mass_attenuation_coefficient

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TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 31. Aug 2014 10:57    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
Die Paarbildung steigt also gar nicht mit der Photonenenergie ins unendliche.

Die Diagramme decken ja nur einen begrenzten Energiebereich ab. Für extrem hohe Energien sollte man ja eine Streuung der Photonen direkt an (asymptotisch freien) Quarks sowie Elektronen annehmen. Da wären wir dann aber wieder bei der Comptonstreuung, und für die finden wir einen Wirkungsquerschnitt


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Hippocampus



Anmeldungsdatum: 29.06.2014
Beiträge: 83

Beitrag Hippocampus Verfasst am: 31. Aug 2014 13:43    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Hippocampus hat Folgendes geschrieben:
Womit ist die y-Achse beschriftet? Bzw. was soll das My darstellen?

Es handelt sich um den Massenschwächungskoeffizienten

http://de.m.wikipedia.org/wiki/Massenschw%C3%A4chungskoeffizient
http://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:Attenuation_Coefficient_Iron.svg (logarithmische Skala)

Da steht, dass der Massenschwächungskoeffizient ist und der Absorptionskoeffizient?!#

Wieso hat der schwarze Graph bei ~10^(-2) MeV einen 'Knick'?

Vielen Dank für deine Mühe!

~MfG
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 31. Aug 2014 14:21    Titel: Antworten mit Zitat

Man muss halt irgendwie die Einheiten richtig hinbestellen ;-)
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jh8979
Moderator


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Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 31. Aug 2014 14:40    Titel: Antworten mit Zitat

Hippocampus hat Folgendes geschrieben:

Wieso hat der schwarze Graph bei ~10^(-2) MeV einen 'Knick'?

Das kommt vom photoelektrischen Effekt (rote Kurve in dem Graphen).
Hippocampus



Anmeldungsdatum: 29.06.2014
Beiträge: 83

Beitrag Hippocampus Verfasst am: 31. Aug 2014 15:09    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Man muss halt irgendwie die Einheiten richtig hinbestellen ;-)


Ich weiß nicht, wie ich das jetzt deuten soll Tanzen .

Hast du dich vertan oder war die Beschriftung falsch?

@jh8979: Hmmm.. kannst du das vielleicht etwas weiter ausführen? Hammer
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 31. Aug 2014 15:43    Titel: Antworten mit Zitat

"Sobald die Photonenenergie die Bindungsenergie der jeweils nächst fester gebundenen Elektronenschale erreicht, springt der Wirkungsquerschnitt auf einen entsprechend höheren Wert, von dem er dann bei weiterem Energieanstieg wieder allmählich abfällt. Dies führt im Absorptionsspektrum zu charakteristischen Strukturen, den Absorptionskanten."
http://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt#Photoionisation
http://de.wikipedia.org/wiki/Absorptionskante
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 31. Aug 2014 17:23    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Diagramme decken ja nur einen begrenzten Energiebereich ab. Für extrem hohe Energien sollte man ja eine Streuung der Photonen direkt an (asymptotisch freien) Quarks sowie Elektronen annehmen. Da wären wir dann aber wieder bei der Comptonstreuung, und für die finden wir einen Wirkungsquerschnitt



ich bin mir nicht sicher was ich damit Anfangen soll. bedeutet ja, dass der Quotient mit steigendem E gegen 0 geht aber da die Werte von so extrem klein sind hat man eigentlich ein riesen und die Paarbildung scheint ja auch nicht abzufallen mit steigender Energie.

der nächste Absatz würde eigentlich in mein Thema "Extreme in der Physik" passen. Eine kurze Annahme: die maximale Energie, die ein Photon annehmen kann ist wenn die Wellenlänge des Photons der Planck-Länge entspricht. Was kleineres gibt es ja im Prinzip nicht.

In dem Fall wäre sage und schreibe ~12*10^9 J und wurde tatsächlich signifikant gegen 0 gehn.

Dann wären wir aber wieder bei meiner ersten Annahme, dass Photonen mit einer Energie von 12 GJ unbemerkt durchs Universum rasen und das hört sich irgendwie gefährlich an Zunge raus
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