Parität

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Wieder mal eine einfach erscheinende Frage von mir:

Die Natur ist ja, wenn man von der schwachen Wechselwirkung absieht, symmetrisch bezüglich Raumspiegelungen. Insbesondere stelle ich mir nun die Frage, wie man den Begriff der Händigkeit, d.h. rechts und links sauber definieren kann. Geht dies eigentlich ohne die schwache Wechselwirkung zu verwenden (das Wu Experiment wäre ja eine Möglichkeit), denn diese ist ja die einzige paritäts-brechende Naturerscheinung.

Und wie weiss ein Organismus bei seiner Entstehung, dass das Herz zB auf die linke Seite gehört. Es wäre ja ein (komplett) spiegelbildlicher Mensch biologisch ebenso möglich - oder nicht ? Liegt es dran, dass schon die Biomoleküle in einer Händigkeit bevorzugt gebildet werden. Aber wieso wiederum ? Was müsste man in einer künstlich hergestellten, gespiegelten DNA machen, um alles andere auch spiegelbildlich zu machen ? Jedenfalls müsste man diese DNA in eine gespiegelte Zelle einbringen, wo auch alle Bio-Moleküle (z.B. Transkriptase und Polymerase) gespiegelt sind... Dann müsste die gleiche Sequenz doch einen gespiegelten Menschen ergeben - oder doch nicht ? Vielleicht was fürs Bioboard, aber was sagen Physiker dazu ?

Hammer

cst · Anmeldungsdatum: 16.11.2006 Beiträge: 106

Öhm, keine Ahnung, aber ein spiegelverkehrter Mensch ist definitv möglich: http://de.wikipedia.org/wiki/Situs_inversus.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

@cst: interessanter Link

Ich wusste nicht, dass es sowas gibt smile

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Das sind dann die Leute, die "das Herz am rechten Fleck haben"!

@schnudl: Ich verstehe Deine Frage nicht so ganz. Du kannst ja die Helizität eines Teilchens schon messen und zumindest bei schnellen Teilchen entspricht das ja der Chirialität, also der Händigkeit. Zumindest die Helizität ist ja einfach über das Skalarprodukt aus Impuls und Spin-Richtung (dann noch normiert) definiert. Wie man das jetzt genau bei der Chirialität macht, weiß ich auch nicht so recht, besonders wenn die Teilchen mal langsamer sind.

Ich verstehe aber Deine Frage eher so, woher denn die makroskopische Asymmetrie bezüglich der Spiegelung z. B. in der Natur kommt. Ist die auf die Asymmetrie der schwachen WW zurück zu führen? Eine Asymmetrie ist ja offensichtlich vorhanden. Auch wenn es "gespiegelte Menschen" gibt, so kommt das ja wirklich extrem selten vor.

Ich würde da erstmal in der Chemie anfangen. Da gibt es ja auch Moleküle mit "Chirialitäts-Zentrum". Dies "links-drehenden" und "rechts-drehenden" Fettsäuren oder was das alles wahr... Leider weiß ich nicht mehr genau, wie da die Zusammenhänge sind. Aber gerade das drehen der Polarisationseben bei durchleuchten hat, so weit ich weiß, auch einen anderen absoluten Wert. Also nicht nur die Richtung wird gedreht. Außerdem ist die Häufigkeit in der Natur auch unterschiedlich, wenn ich mich recht erinnere. Aber das kann doch eigentlich nichts mit der schwachen WW zu tun haben. Die dürfte ja i. A. auf die Chemie keinen großen Einfluss haben, oder? Oder ist das schon ein Hinweis auf die "Elektro-schwache-Vereinigung"? Ohje... da muss ich auch erstmal nachschauen. Ich denke aber, dass die Asymmetrie solcher Moleküle wohl eher die Asymmetrie in der Natur erklären könnte, wenn dann auch wieder die Erklärung für die Asymmetrie dieser Moleküle fehlt...

Vielleicht ist es aber auch purer Zufall. Man erklärt sich ja den konkreten Wert von Konstanten heute auch mit einer "spontanen Symmetriebrechung". Nur, weil es einen Unterschied in der Natur zwischen rechts und links gibt, muss das nicht bedeuten, dass dafür fundamentale physikalische Dinge verantwortlich sind, sondern es hat sich eben aus Zufall herausgebildet, vielleicht als das Universum abgekühlt ist. Es könnte auch alles (auch das mit der schwachen WW) vielleicht auch genau anders herum sein. Vielleicht gibt es ja sogar ein Paralleluniversum, in dem alles gespiegelt ist? Rock

Naja, ist alles ziemlich spekulativ, was ich da schreibe und entbehrt an vielen Stellen Grundlagen, die man eigentlich kennen sollte, wenn man über so was philosophiert. Also bitte nicht alles für Fakten halten, was ich geschrieben habe.

Gruß
Marco

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

mhh, also der Begriff der links-rechtshändigkeit taucht ja auch bei der Definition des Kreuzproduktes in Mathe auf, nämlich hier

wenn du also deinem Alien klarmachen kannst wie man ein Kreuzprodukt berechnet, und ihm auch die obige Definition nahebringst, dann liegts nur noch an der praktischen ausführung.
Im schlimmsten fall soll sich das Alien stets ein Erzeugendensystem aus zwei Einheitsvektoren denken, von denen einer nach Oben, und einer gradaus zeigt. Dann berechnet man das positive Kreuzprodukt, und da wo dieser Vektor hinzeigt ist dann rechts^^

bitte frag mich nicht woher das Alien wissen soll wo oben und wo unten ist, irgendwo fängt eben stets der Glaube an xD

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

die gleichungen für kreuzprodukte sind in einem (für uns üblichen) rechtshändigen system definiert. damit hilft uns diese definition nichts weiter.

Zugegebenermassen ist die Frage nicht auf meinem Mist gewachsen, sondern stammt aus einem Buch von Feynmann, wo es u.A. um Symmetrien geht. Er weist zunächst darauf hin, dass es lange keine Möglichkeit gab, dieses Problem zu lösen, bis zum Fall der Parität 1956. Er konstruiert ein Experiment, basierend auf demvon Wu et. al, und kann damit eindeutig den Nordpol eines Magneten identifizieren. Dann sagt er, der Strom müsse in einer bestimmten Drehrichtung in den Magneten fliessen, dass man das erwünschte Resultat sieht. Die Drehrichtung definiert dann "rechts" und "links". Mir ist dabei nur nicht klar (und das hat er möglicherweise übersehen), wie man eine Stromrichtung definieren kann, wenn man nicht weiss, ob man für die Stromdefinition positive oder negative Ladungen nehmen soll. Das Problem ist dann, wie definiere ich "positive" Ladung, was mich ein wenig zum Grübeln führte. Wwenn man zB als Messvorschrift sagt, er soll ein bestimmtes Kobaltisotop nehmen, verhält sich dann das Experiment gleich, wenn man Antimaterie nimmt ? Angeblich gibt es in Universum aber keine Ansammlung Antimaterie, wie ich gerade lese, womit das Problem ohnehin eindeutig gelöst wäre. Ich fürchte, mir fehlen für das sinnvolle Stellen der Frage schon die Grundlagen... Big Laugh

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

mhh ich fürchte, dass du mit deiner Frage nicht weiterkommst, weil man auch in der Physik einige Definitionen benötigt, ähnlich den Axiomen aus Mathe, aber vllt kann ich dir trotzdem etwas weiterhelfen.

Anfang Klasse 12 fragten wir unseren Physiklehrer ob man positive und negative Ladungen unterscheiden kann. Er meinte ja, und zeigte uns eine gewöhnliche Glimmlampe. Diese benutzt man ja um Ladungen nachzuweisen, und bekanntlich leuchten diese immer nur auf der negativen Seite auf.
Allerdings kann ich dir leider nich sagen warum das so ist ^^

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Wir hatten in Teilchenphysik mal eine Übungsaufgabe. Die war ganz lustig gestellt und es ging letztendlich darum, dass man außerirdisches leben entdeckt habe und sich auf einen Besuch vorbereite, vorher aber feststellen wollte, ob deren Welt nicht etwa aus Antimaterie besteht und es bei der Zusammenkunft dann zu einer riesigen Explosion käme.
Im folgenden waren dann Instruktionen beschrieben, die die Außerirdischen durchführen sollten, um je nach Ergebnis feststellen zu können, ob alles gut gehen würde bei einem Treffen. Da ging es, so weit ich mich erinnere, auch um die Paritätsverletzung bei der schwachen WW.

Ah, ich sehe gerade: Die Übungsblätter sind sogar noch online:
http://www.physi.uni-heidelberg.de/~uwer/lectures/PhysikV/Uebungen/uebung7.pdf
Kannst ja mal die erste Aufgabe anschauen, ob die Dir weiter helfen könnte. So weit ich Dich verstehe, wäre das rechts-links Problem ja lösbar, wenn das Materie-Antimaterie Problem gelöst wäre, oder?

Gruß
Marco

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Interessant: Da mein Studium 15 Jahre zurückliegt, sind diese Aufgaben schon eiene ziemliche Herausforderung. Ich werde versuchen sie spasshalber mal zu lösen - hast Du die Lösungen ? Würd mich gern durchbeissen. Dann würde ich mich in ein paar Tagen wieder melden Big Laugh

Braucht man für die Lösugen irgendwelche Kenntnisse über Quarks und deren Symmetriegruppen. Sieht nicht so aus, aber falls das so wäre, dann werden aus ein paar Tagen eben ein paar Wochen...

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Gerade die Schlüsselfrage, nämlich die letzte raff ich nicht ganz ...
Aber ich denk noch nach.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Hallo schnudl!

Ich habe noch irgendwo meine eigene Lösung. Ich muss mal suchen...
Ich kann mich aber auch daran erinnern, dass die letzte Teilaufgabe irgendwie mE nicht eindeutig gestellt war. Ich bin mir nicht mehr ganz sicher, was denn genau die richtige Lösung war (also die erwartete), aber ich weiß noch, dass ich mich damals geärgert hatte, dass die Fragestellung dazu so schräg war und eigentlich etwas ganz anderes beantwortet werden sollte, oder so...

Ich muss nochmal schauen, aber ich denke, dass man für die Aufgabe eigentlich keine allzu großen Vorkenntnisse gebraucht hat. Man kann sie mehr oder weniger einfach der Reihe nach ausführen. Aber ich muss selbst nochmal schauen. Bin im Moment etwas im Zeitdruck.

Gruß
Marco

PS: Ich denke, dass ich meine eigene Lösung dann wohl nochmal abschreiben muss, wenn ich sie finde. Du wirst nicht meine handschriftlichen Lösungen wollen... Mich wundert es manchmal, dass die Übungsgruppenleiter das überhaupt entziffern konnten! Big Laugh