Austauschteilchen bei den 4 Wechselwirkungen

Herr Kleinlaut · Anmeldungsdatum: 30.07.2012 Beiträge: 7

Meine Frage:
Hallo zusammen,
eine "kleine" Frage auf schulphysikalischem Niveau:
In der Teilchenphysik werden die Wechselwirkungen ja über das Konzept von Austauschteilchen erklärt bzw. beschrieben. Man sieht dann z.B. bei Darstellungen der elektromagnetischen Wechselwirkung gerne schlichte Feynman-Diagramme, bei denen z.B. zwei Elektronen nach "Austausch" eines (virtuellen) Photons voneinander wegfliegen.

Meine (exemplarische) Frage:
In klassischer Sicht üben zwei Elektronen ja ständig eine abstoßende Kraft aufeinander aus. Wie muss/darf ich mir das im Konzept der Austauschteilchen vorstellen:
* Wie viele Austauschteilchen werden hier emittiert/absorbiert?
* Geschieht dies ständig? Auch bei großen Entfernungen?
(Eventuell ergeben solche "bildlichen" Vorstellungen auch gar keinen Sinn. "Leider" muss der Schulunterricht an dieser Stelle ja ohne die adäquate mathematische Theorie operieren.)

Vielen Dank und viele Grüße

P.S.:
Mir ist bekannt, dass Feynman-Diagramme quasi in Formeln übersetzt werden können und dass für Wechselwirkungsprozesse durchaus auch unzählige Varianten ("höherer Ordnung") gezeichnet werden können.

Meine Ideen:
..

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Herr Kleinlaut · Anmeldungsdatum: 30.07.2012 Beiträge: 7

Vielen Dank für die schnelle (wenn auch etwas "ernüchternde") Antwort mit dem Link auf die weiteren Erklärungen (mit den interessanten weiteren Links).
Augenzwinkern

Ich "oute" mich mal als ("etwas überforderter") Physiklehrer, der jetzt allerdings ziemlich ratlos auf die ganzen diesbezüglichen "Erklärungen" in Schulbüchern und populärwissenschaftlichen Darstellungen in diversen Medien blickt.

Naja, ich werde im Unterricht dann im Nebensatz wohl mal ansprechen, dass es sich bei diesen virtuellen Teilchen eher um mathematische Artefakte mit "Veranschaulichungscharakter" handelt.
(Bei virtuellen Photonen war ja z.B. irgendwie sowieso "klar", dass hier nicht "echte", beobachtbare Photonen hin- und herfliegen.)

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Noch eine Frage: wieso vier Wechselwirkungen? Einschließlich der Gravitation? Bei der funktioniert das nämlich nicht :-(

Herr Kleinlaut · Anmeldungsdatum: 30.07.2012 Beiträge: 7

Die Antwort war ja nicht nur "ernüchternd", sondern auch erhellend! smile

In den typischen Schulbuch-Aufzählungen "aller" Wechselwirkungen kommt zumeist die Gravitationswechselwirkung mit vor, es wird dann aber eingeschränkt, dass sie in der Teilchenphysik keine Rolle spielt und das Graviton auch nicht nachgewiesen wurde.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Die Methode der Feynmandiagramme bzw. die zugrundeliegende Störungstheorie funktioniert nicht. D.h. die Idee, eine physikalische Größe in eine Reihe für die Kopplungskonstante alpha um alpha = 0 zu entwickeln, führt zu unsinnigen Ergebnissen. Bei der QED klappt das, bei der QCD nur in einem bestimmten Energiebereich, bei der Gravitation tatsächlich nie.

D.h. das Objekt, für das die Feynmandiagramme zur Buchhaltung dienen, existiert für die Gravitation mathematisch schlichtweg nicht.

Ich kann später noch etwas mehr dazu schreiben.

Qubit · Anmeldungsdatum: 17.10.2019 Beiträge: 829

Die Vorstellung von (virtuellen) "Austauschteilchen", die - wie im klassischen Bild - als Bälle hin und her geworfen werden, halte ich eher für irreführend.
Man sollte sich das eher als "Quantenfluktuationen" der Felder vorstellen.
Nach der klassische Feldtheorie kommt dem Feld selbst ein Energiezustand zu. In der Quantenmechanik "fluktuieren" nun diese Energiezustände lokal, es kommt zu (Quanten-) Anregungen dieser Felder. Jedes Feld hat da nach der Natur der Wechselwikung seine Feld-Bosonen. Im elektromagnetischen Feld sind das Photonen. Diese Anregungen sind aber so zu verstehen, dass sie in Summe nicht den Energiezustand der Felder ändern, d.h. sie übertragen auch keine Energie. Was sie als Anregungen, zB. "virtuelle Photonen" aber übertragen könen, sind Impulse. Aber in Summe müssen sich diese Impulse ebenfalls aufheben.
Hat man zB. zwei Ladungen verschiedenen Vorzeichens, dann überlagern sich auch deren (elektromagnetische) Felder. Die Fluktuationen der Felder erzeugen so eine "virtuelle" Photonenstatistik (bei den Ladungen), so dass die übertragenen Impulse auf die Ladungen zur Impulsänderung der Ladungen selbst führen, dass sie sich aufeinander zubewegen. Die Summe dieser Impulsänderungen müssen ebenfalls Null sein. Analog im Falle von Ladungen gleichen Vorzeichens, da führt es zu einer Abstossung. Diese "virtuellen" Photonen werden aber nicht "ausgetauscht". Sie existieren nur lokal. Sie sind somit auch nicht so zu verstehen, dass sie sich in der "Raumzeit" bewegen. Sie haben gewissermaßen gar keine Identität.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Kann man deine Interpretation an einer konkreten Stelle mit der Mathematik in Beziehung setzen?

Qubit · Anmeldungsdatum: 17.10.2019 Beiträge: 829

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Ich meine, ob deine Beschreibung lediglich eine Interpretation ist, oder ob du eine konkrete Formel meinst.