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Energie aus Quarks gewinnen?
 
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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 16. Sep 2014 05:18    Titel: Energie aus Quarks gewinnen? Antworten mit Zitat

ein neues Thema, ein neuer Versuch die Energieerhaltung "nicht" zu verletzen.

Ich habe gelesen das einzelne Quarks alleine nicht existieren können und extrem schnell in Teilchen zerfallen, die, wenn meine Zerfallskette richtig ist (siehe Bild: http://www.bilder-upload.eu/upload/81278a-1410837089.png), einen Energiegewinn erzielen könnten. Protonen und Neutronen, sozusagen die gesamte Materie, bestehen aus diesen Quarks und ich wollte fragen ob es theoretisch möglich wäre die Quarks aus den Atomkernen zu reißen um aus den Zerfallsprodukten Energie zu gewinnen.

Ich stelle mir vor, dass das "Zerreisen" durch ein extremes elektrisches Feld erreicht werden könnte, da die Quarks laut Wiki eine elektrische Ladung besitzen. Sobald die Quarks sich weit genug voneinander entfernt haben erhalten sie aus dem Vakuum ein Anti-Teilchen und es beginnt eine rasante Zerfallskette bei der am Ende, laut meinem Bild, Elektronen, Positronen und Neutrinos übrigbleiben. Das elektrische Feld, dass die Quarks auseinandergerissen hat, muss dann gar nicht mehr aktiv sein und die Energie des elektrischen Feldes könnte theoretisch in einem elektrischen Schwingkreis aufrecht gehalten werden. Während die Energie im magnetischen Feld gespeichert ist können sich die Elektronen und Positronen annihilieren und es wird eine entsprechende Menge "neue" Energie freigesetzt.

Im Prinzip ist es eine Masse zu Energie Transformation aber ich habe noch von keinem Konzept gehört, dass so eine Energiegewinnung in Betracht zieht.

Was haltet ihr von dieser Überlegung? Wie groß müsste das elektrische Feld sein, damit es die Starke Wechselwirkung übersteigt? Ist die Überlegung an sich richtig oder wurden gravierende Fehler gemacht?

p.s. laut meinem Bild müsste für eine totale Annihilierung ein Proton und ein Neutron gleichzeitig zerrissen werden. Erst dann beleiben gleich viel Positronen wie Elektronen übrig, die sich annihilieren können.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8210

Beitrag jh8979 Verfasst am: 16. Sep 2014 10:47    Titel: Re: Energie aus Quarks gewinnen? Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:

Was haltet ihr von dieser Überlegung? Wie groß müsste das elektrische Feld sein, damit es die Starke Wechselwirkung übersteigt? Ist die Überlegung an sich richtig oder wurden gravierende Fehler gemacht?

Deine Idee ist nicht realisierbar. Die erforderliche Feldstärke ist ungefähr gegeben durch die Skala von QCD (~100MeV) und die Größe eines Nukleons (~1fm). Damit kommt man auf eine benötigte Feldstärke von ~10^23 V/m. Das ist jenseits allen erreichbaren:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength#Breakdown_field_strength
Selbst in absolutem Vakuum wäre die Energiedicht so gross, dass sich schon lange alle möglichen anderen Effekte bemerkbar gemacht hätten:
http://en.wikipedia.org/wiki/Schwinger_limit

PS: Davon abgesehen würde man natürlich keine Energie gewinnen, die man nicht vorher schon in des System reingesteckt hätte.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 17. Sep 2014 09:09    Titel: Antworten mit Zitat

oha, 10^23 V/m. Das hört sich in der Tat grenzüberschreitend an aber wie werden sonst zusammenhängende Quarks (in Protonen und Neutronen) auseinandergerissen? Mesonen sind ja das Ergebnis dieses "Auseinanderreißens" und diese wurden, vermute ich, bereits in Experimenten gemessen. Heißt das jetzt Mesonen sind nur reine Theorie oder wie werden sonst die Bedingungen für ein "Auseinanderreißen" der Quarks erreicht?

Das Schwinger Limit scheint in greifbare Nähe zu kommen. Ich habe den Artikel gelesen aber ich kann mir nicht wirklich einen Reim darauf machen, was nun bei diesem Schwinger Limit passieren soll. Es wird Photon - Photon Streuung und Teilchen - Antiteilchen Paarbildung erwähnt. Was bedeutet das im Klartext?
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8210

Beitrag jh8979 Verfasst am: 17. Sep 2014 11:43    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
Heißt das jetzt Mesonen sind nur reine Theorie oder wie werden sonst die Bedingungen für ein "Auseinanderreißen" der Quarks erreicht?

Nein, die sind gemessen und vielfach beobachtet. Siehe:
Zitat:
Mesonen (von griechisch: τὸ μέσον (tó méson) „das Mittlere“; deutet auf seine mittelschwere Masse hin) sind instabile subatomare Teilchen. Aufgebaut aus einem Quark-Antiquark-Paar, bilden sie eine der zwei Gruppen von Hadronen. Von der zweiten Hadronengruppe, den Baryonen, unterscheiden sich Mesonen durch ihren ganzzahligen Spin; sie sind somit Bosonen.

Mesonen entstehen in hochenergetischen Teilchenkollisionen (z. B. in der kosmischen Strahlung oder in Teilchenbeschleuniger-Experimenten) und zerfallen in Sekundenbruchteilen. Sie werden nach der Art der enthaltenen Quarks, ihrem Spin und ihrer Parität klassifiziert. Mittels ihrer Quarks nehmen Mesonen an der starken und schwachen Wechselwirkung sowie der Gravitation teil; elektrisch geladene Mesonen unterliegen zusätzlich der elektromagnetischen Wechselwirkung.

http://de.wikipedia.org/wiki/Meson
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 17. Sep 2014 14:48    Titel: Antworten mit Zitat

hmm, ich bin nicht damit zufrieden, dass man nur durch Kollisionen diese Mesonerzeugung erzwingen kann.

ein neuer Vorschlag: ein rotierendes Objekt in einem starken Magnetfeld. Da die up und down Quarks in den Protonen unterschiedliche Ladungen haben werden sie durch das Magnetfeld unterschiedlich ausgelenkt. Angenommen man erhöht die Rotationsgeschwindigkeit der Protonen und das Magnetfeld solange bis die Quarks "theoretisch" aus ihrer Starken Wechselwirkung herausgerissen werden. Der Vorteil - beim rotierenden Objekt erfahren die Protonen am äußersten Rand die größte Geschwindigkeit, das heißt, es werden immer zuerst die Protonen am Rand "zerrissen" und die Rotationsenergie des restlichen Objekts bleibt erhalten. Man hat also keine verschwendete Energie. Die freigesetzten Mesonen hingegen setzen durch die Elektron-Positron Annihilierung am Ende ihrer Zerfallskette Energie frei.

Masse zu Energie - es wird also keine Energie erzeugt, es wird umgewandelt.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8210

Beitrag jh8979 Verfasst am: 17. Sep 2014 14:52    Titel: Antworten mit Zitat

kelloggs hat Folgendes geschrieben:
Angenommen man erhöht die Rotationsgeschwindigkeit der Protonen ...

Wie macht man das denn?
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 17. Sep 2014 15:55    Titel: Antworten mit Zitat

ich meine einfach ein rotierendes, physisches Objekt. Die Protonen, aus denen das Objekt besteht, werden um die Achse des Objektes rotiert und das Magnetfeld steht axial zum rotierenden Objekt/den Protonen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13864

Beitrag TomS Verfasst am: 17. Sep 2014 15:59    Titel: Antworten mit Zitat

Kleine Frage am Rande: soll das irgendwas mit konkreter Physik zu tun haben? oder soll hier nur wild spekuliert werden? Denn dann wäre das höchstens ein Off-Topic-Thema.
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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.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 17. Sep 2014 16:07    Titel: Antworten mit Zitat

tut mir Leid, das Thema wäre vermutlich besser im Sonstiges Bereich aufgehoben.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8210

Beitrag jh8979 Verfasst am: 17. Sep 2014 16:11    Titel: Antworten mit Zitat

Die Größenordnung wird dieselbe sein wie oben B ~ 10^23V/m/c ~ 10^14 T.

Es hat seinen Grund, dass die starke Wechselwirkung "stark" heisst.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 17. Sep 2014 16:21    Titel: Antworten mit Zitat

oh, Off-Topic ist ebenfalls ein Forum Bereich.

konkret würde ich gerne herausfinden, wie schnell sich z.b. eine Kugel in einem Magnetfeld variables Stärke drehen muss, damit die oben genannten Effekte auftreten, dass selbst Quarks aus ihrer Starken Wechselwirkung herausgerissen werden.

Könnte man die Rotationsgeschwindigkeit und die Magnetfeldstärke entsprechend anpassen damit beides nicht so astronomisch hoch wird?
Peff



Anmeldungsdatum: 04.05.2014
Beiträge: 135

Beitrag Peff Verfasst am: 17. Sep 2014 17:28    Titel: Antworten mit Zitat

Die erforderlichen Energien werden aktuell nur in Teilchenbeschleunigern erreicht, wie bereits erwähnt.

Dort werden extrem starke Magnetfelder erzeugt, um die Teilchen auf maximale Geschwindigkeit (beinahe Lichtgeschwindigkeit) zu bringen.

Was diese Anlagen für Energie verbrauchen spricht für sich.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 17. Sep 2014 18:35    Titel: Antworten mit Zitat

Eine kleine Zusammenfassung: die Grundfrage des Threads war mit welchen Methoden man Quarks aus Protonen herausschlagen könnte. Da diese bei herauslösen aus der Starken Wechselwirkung in instabile Teilchen zerfallen wovon am Ende Elektronen, Positronen und Neutrinos übrig bleiben, wurde angenommen, dass man durch die Elektronen-Positronen Annihillierung der Endzerfallsprodukte Energie gewinnen könnte. Ich wollte alle möglichen Mittel durchgehen, mit denen man die Quarks erreichen könnte. Ein elektrisches Feld alleine müsste so große Werte annehmen, die sogut wie nicht erreichbar sind bzw. wo bereits vorher außergewöhnliche Effekte auftreten würden.

Die jetzige Überlegung: ein rotierendes System in einem Magnetfeld. Wie könnte man Rotiergeschwindigkeit und Magnetfeld abstimmen sodass die Bedingungen für eine "Quark-Extraktion" erfüllt sind. Ich gebe zu, dass ich keine anderen Formulierungen für meine Threads auf Lager habe und ich hoffe das man in der Hinsicht Nachsicht mit mir haben kann. Ich hoffe auch das man trotz dieses Umstandes aufklärende Antworten auf meine Fragen geben kann.

Ich habe noch eine kleine Visualisierung gemacht wie man das System sogut wie reibungsfrei zur Rotation bringen könnte. Es ist keine neue Erfindung aber vielleicht eine gute Idee um extrem hohe Umdrehgeschwindigkeiten zu erreichen. Die berührungslosen Elektroden sollen andeuten, dass man mit Hochspannung arbeitet damit nichts die Drehung der Kugel behindern kann (keine Schleifkontakte wie bei herkömmlichen Homopolar Motoren).



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jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8210

Beitrag jh8979 Verfasst am: 17. Sep 2014 20:06    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
Die Größenordnung wird dieselbe sein wie oben B ~ 10^23V/m/c ~ 10^14 T.

Es hat seinen Grund, dass die starke Wechselwirkung "stark" heisst.

Ich wiederhol mich nochmal in weniger Worten:
Was Du machen willst geht nicht!
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 06. Okt 2014 01:49    Titel: Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
jh8979 hat Folgendes geschrieben:
Die Größenordnung wird dieselbe sein wie oben B ~ 10^23V/m/c ~ 10^14 T.

Es hat seinen Grund, dass die starke Wechselwirkung "stark" heisst.

Ich wiederhol mich nochmal in weniger Worten:
Was Du machen willst geht nicht!


Kann man aus diesen Werten eine Kraft errechnen? z.b. F=10^4 Newton?

edit: Wie groß ist die Kraft, mit der die Quarks zusammenhalten?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 13864

Beitrag TomS Verfasst am: 06. Okt 2014 05:19    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, kann man.

Das "Potential" für ein Quark-Antiquark-Paar ist näherungsweise gegeben durch



Die Kraft ist dann für große Abstände näherungsweise linear



Der Wert für sigma liegt in der Größenordnung von 1 GeV / fm.

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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 06. Okt 2014 05:55    Titel: Antworten mit Zitat

hab gerade gesehen das du deinen Post geupdatet hast. ich habe diesen link gefunden: http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenchromodynamik#Quark-Antiquark-Potential

da fehlt mir aber wieder der technische Hintergrund was all diese Variablen darstellen.

Zitat:
1 GeV / fm
hmm, damit kann ich was anfangen smile

edit: 160.217,733N... das ist viel

ist das wirklich richtig?? um das Ganze in einer vertrauteren Perspektive darzustellen habe ich F=m*g gleichgesetzt. g=9,81 - ich erhalte m=16332,08287kg ? ich müsste über 16 Tonnen an das "Quark" anhängen, damit ich es auseinanderziehen kann???
Ich



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Wohnort: Mintraching

Beitrag Ich Verfasst am: 06. Okt 2014 10:41    Titel: Antworten mit Zitat

Irgendwie hat dir aber auch noch keiner das Grundproblem deines Gedankens auseinandergesetzt: Die Quarkzahl bleibt erhalten. Du "bekommst" nicht ein Antiquark aus dem Vakuum, sondern ein Quark-Antiquark Paar. Und das auch nicht geschenkt, sondern aus der Energie, die du in das Auseinanderrreissen gesteckt hast. Eine Energie-zu-Masse-Transformation also, wenn man so will.
Das Quark macht das Baryon wieder komplett, das Antiquark bildet dann das Meson, das dann wieder zerfällt. Nichts gewonnen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
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Beitrag TomS Verfasst am: 06. Okt 2014 14:07    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Ja, kann man.

Das "Potential" für ein Quark-Antiquark-Paar ist näherungsweise gegeben durch



Was Ich sagen will ist, dass wenn du das Quark-Antiquark-Paar auf einen Abstand L bringst, so dass



wobei m für eine typische Mesonmasse steht, dann wid das Quark-Antiquark-Paar = ein Meson in zwei Mesonen aufbrechen.

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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 06. Okt 2014 19:29    Titel: Antworten mit Zitat

Moment, das die Energie nicht so groß ist, ist schon klar aber die Kraft, die man benötigt, um die Quarks auseinanderzubewegen ist einfach enorm.

Mit der Perspektive von vorhin betrachtet müsste ich die ~16 Tonnen "nur" 0,1396 Femto Meter aufheben damit ich die benötigte Energie habe aber solange ich nicht die 160.217N aufbringe wird sich nichts bewegen.

Ist der Wert 160.217,733N korrekt?



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kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
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Beitrag kelloggs Verfasst am: 07. Okt 2014 05:33    Titel: Antworten mit Zitat

kann mir bitte irgendwer einen Kraftwert geben damit ich einfach ein paar Zahlenspiele mit der Lorentzformel durchführen kann? Kann man GeV/fm auf Newton umwandeln oder nicht? Ich wäre wirklich dankbar wenn mir einer eine klare Antwort in dieser Hinsicht geben könnte.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 09. Okt 2014 08:47    Titel: Antworten mit Zitat

naja, da keine weiteren Posts gekommen sind habe ich mit den 1GeV/fm aka 160.217N herumexperiment und es ist wie jh8979 geschrieben hat: die benötigten Feldstärken sprengen alle technisch möglichen Grenzen. Auch wenn ich mein Proton mit Lichtgeschwindigkeit durch mein Magnetfeld schieße dann muss das Magnetfeld eine Stärke von ~3*10^15 Tesla haben damit up und down Quark im Proton durch die Lorentzkraft auseinandergerissen werden (Lorentzkraft ohne E-Feld: F=q*v*B, F~160*2/3kN, q Quark=2/3e, v=c)

Ich möchte noch eine einfache Überlegung zu dem Thema darbieten und zwar der Van-de-Graaff Generator. Ich möchte den Fall hernehmen, wo Ladungen entnommen werden, sprich, die Hohlkugel lädt sich positiv auf. Man entnimmt ja theoretisch solange Ladungen, bis die Feldstärke so groß wird, das die Ladungen aus der Umgebung (von Ground) herausgerissen werden und ein Ladungsausgleich stattfindet. Was wäre, wenn man diese Umgebung beliebig groß wählen könnte sodass man immer mehr Ladungen entfernen kann bis eben zu dem Moment, wo selbst die Quarks in den Protonen und Neutronen vom elektrischen Feld zerrissen werden.

Wie groß müsste man die Umgebung, die Hohlkugel wählen damit man zu so einem Ergebnis kommt?
##
Gast





Beitrag ## Verfasst am: 11. Okt 2014 18:51    Titel: Antworten mit Zitat

Also die stärksten Magnetfelder erzeugen Protonen selbst - es wurden noch nie freie Quarks beobachtet - mit anderen Worten es gibt sie überhaupt nicht.

Zulässig sind nur dynamisch angeregte, punktförmige Ladungen - hierin sah Einstein ein Problem - statische Singularitäten markieren Punkte im Raum und lassen sich nicht transformieren - gleichzeitig postulierte jedoch er dynamische Singularitäten.

Die Quark-Theorie tauchte übrigens zusammen mit der Farbfernsehentwicklung auf - sehr lustig.
kelloggs



Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244

Beitrag kelloggs Verfasst am: 12. Okt 2014 10:36    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
es wurden noch nie freie Quarks beobachtet - mit anderen Worten es gibt sie überhaupt nicht


das war eh nie beabsichtigt in diesem Thread. Es war immer nur die Idee, dass man die Quarks soweit auseinanderbringt, dass sie diese Kettenreaktion auslösen. Quarks zu Mesonen, Mesonen zu Myonen und am Ende Neutrinos, Elektronen und Positronen wovon Elektronen und Positronen sich zu reiner Energie umwandeln.

Die Umwandlung, die ich früher gepostet habe scheint aber nicht korrekt zu sein. Ich habe einen Artikel gefunden wo eine "natürliche" Umwandlung von Quarks zwischen Protonen und Neutronen stattfindet (Pionaustauschmodell).

Jetzt wurde zwar schon oft hier gesagt, dass man kein E-Feld erzeugen kann, dass Quarks auseinanderreißen kann aber man kann ja trotzdem theoretisch darüber reden. Ich habe versucht, das Pionaustauschmodell auf das "Quark zerreißende" E-Feld zu übertragen und bin zu diesem Ergebnis gekommen:

http://www.bilder-upload.eu/upload/165c77-1413103158.png

Die Ladung der Quarks gibt die Bewegungsrichtung im E-Feld vor. Es ist also nicht wie im Pionaustauschmodell, dass das up Quark sich aus der Proton-Formation löst sondern das down Quark. Wenn die weitere vorgehensweise stimmt, wird aus einem Proton 3 Up-Quarks und ein -Pion und das Neutron wandelt sich in 3 Down-Quarks und ein +Pion um.

Möchte jemand eine Meinung dazu abgeben?
##
Gast





Beitrag ## Verfasst am: 12. Okt 2014 12:02    Titel: Antworten mit Zitat

Ihnen fehlen jegliche Grundkenntnisse - Ihr Versuch wird nie funktionieren - selbst mit Quarks nicht.
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