LHC Experimente

[rene]

Zitat von EMI

Ich war ganz kurz vor dem EH, wirklich ganz kurz!
[...]
Trotzdem weggekommen...wie geht das??

Möglicherweise befand sich EMI kurz vor dem Ereignishorizont eines kleinen Schwarzen Lochs, der sich der Spaghettisierung seines Körpers durch die Gezeitenkräfte erfolgreich widersetze und eine kleine Zeit wartete, bis sich infolge der Hawking-Strahlung der vor ihm liegende Ereignishorizont zurückzog und schliesslich zusammen mit dem kleinen Schwarzen Loch völlig verschwand. Überflüssig zu erwähnen dass EMI gegenüber der ultra harten Hawking-Strahlung kleiner Schwarzer Löcher resistent ist.

Oder er stand dicht vor der Ereignishorizont eines grossen SL, wo er moderaten Gezeitenkräften und Hawking-Strahlung ausgesetzt war. So oder so musste er seinen Raketenmotor einschalten um wieder zurückzukehren, selbst wenn er durch die Raumzeitverdrillung eines rotierenden SL ziemlich viel Treibstoff hätte sparen können.


Der grösste Teil der gesamten Sternmasse befindet sich im Eisenkern und ist schalenartig aufgebaut. Sobald er die Chandrasekhar-Grenze von 1,44 Sonnenmassen überschreitet, explodiert er als Supernova vom Typ II. Diese Chandrasekhar-Grenze darf jedoch nicht so verstanden werden, dass sie von jedem Stern erreicht werden kann. Es hängt von der Art der Sternmaterie ab, welche Obergrenze jeweils vorliegt. D.h. wie viele Nukleonen im Mittel auf ein Elektron kommen, vorausgesetzt der Weisse Zwerge sei elektrisch neutral. Objekte mit weniger als etwa 1,5 Sonnenmassen können nicht durch einen Gravitationskollaps zu einem Schwarzen Loch kollabieren, da der abstossende Entartungsdruck in entarteter Materie einen Kollaps verhindert.

Eigentlich ist der Sonnenkern zu "kalt" für eine Kernfusion. Die kinetische Energie der Teilchen reicht rechnerisch nicht aus, um bei einem Zusammenstoss die starken Abstossungskräfte der positiv geladenen Protonen (Wasserstoffkerne) zu überwinden. Dass dennoch Fusionen stattfinden, ist auf den quantenmechanischen Tunneleffekt zurückzuführen. Gemäss der Quantenmechanik verhält sich ein Proton wie eine ausgebreitete Welle ohne genau definierten Ort, seine Energie schwankt um einen Mittelwert. Es besteht dabei eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass sich zwei Protonen so weit nähern, dass eine Verschmelzung stattfinden kann. Es kommt zur Proton-Proton-Reaktion und bei schweren Sternen zum Bethe-Weizsäcker-CNO-Zyklus. Das Energieniveau der abstossenden Kräfte wird bei der Verschmelzung gleichsam durchtunnelt. Somit ist die Wahrscheinlichkeit einer Fusion zweier Wasserstoffkerne im Innern der Sonne sehr gering. Da jedoch eine immense Anzahl von Kernen vorhanden ist, können dennoch gewaltige Energiemengen freigesetzt werden. Die gebremste Kernfusion hat für das Sonnensystem und das Leben auf der Erde den entscheidenden Vorteil, dass die Sonne sparsam mit ihren Energievorräten umgeht und über einen langen Zeitraum konstante Energiemengen abstrahlt, ganz im Gegensatz zu den verschwenderischen Blauen Riesen.

Wäre beispielsweise die starke WW nur ein bisschen grösser, würden sich die p-p Bindungen als Diprotonen herausbilden. Die starke WW nimmt mit der Entfernung stark ab und würde die elektromagnetische WW in Bezug auf deren Kernabstände überragen. Allerdings käme mit diesen Diprotonen keine Kernfusion wie beim Wasserstoff und Deuterium zustande. Es gäbe keine Sterne, Planeten, Leben.


Die starke WW wird am Kern durch Mesonenaustausch absorbiert, d.h. die Coulombkraft überwiegt. In Kollisionsexperimenten mit Protonen-Protonen besteht der überwiegende Anteil der produzierten Teilchen aus Pi-Mesonen (Spin=0), und in geringerer Anzahl aus Proton-Antiproton-Paaren. Nebst der emittierten Photonen bilden sich auch Elektron-Positron- und Muon-Antimuon-Paare mit ganzzahligem Spin. In letzter Konsequenz zerfallen die Mesonen in Elektronen, Neutrinos und/oder Photonen; es gibt also im Gegensatz zur Baryonenzahlerhaltung keine Mesonenzahlerhaltung. Es können demnach beliebig viele Mesonen erzeugt werden oder verschwinden.

Im nichtrelativistischen Quarkmodell sind die Nukleonen aus drei Konstituentenquarks aufgebaut. Die Kernkraft wird jedoch dominant aus Quark-Antiquark-Paaren vermittelt, die ad hoc mit Plausibilitätsargumenten eingeführt werden mussten. Eine konsistente Theorie der Kernkraft, die auf der Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen aufbaut, gibt es bislang noch nicht.

Bei Atomen ist die Abstossung bei kleinen Abständen eine Folge des Pauli-Prinzips. In den Elektronenhüllen beider Atome sind jeweils die niedrigsten zur Verfügung stehenden Zustände der Elektronen besetzt. Wenn die Elektronenhüllen der Atome sich überlappen, müssen die e in angeregte Zustände angehoben werden, wobei die hierfür notwendige Energie aus der kinetischen Energie der kollidierenden Atome stammt. Dadurch entsteht eine Abstossung auf kurzen Distanzen. Auch für die Quarks eines 2-Nukleonen-Systems gilt das Pauli-Prinzip: Die Gesamtwellenfunktion aller 6 Quarks muss antisymmetrisch sein. Im niedrigsten Zustand mit l=0 können aber 12 Quarks untergebracht werden, ohne das Pauli-Prinzip zu verletzen, da die Quarks in drei Farbzuständen und in jeweils zwei Spin-(↑↓) und Isospinzuständen (ud) vorkommen. Hierbei muss der Spin-Isospin-Anteil der Gesamtwellenfunktion symmetrisch sein, da der Farbanteil immer antisymmetrisch und der Ortsanteil wegen l=0 symmetrisch ist. Beim Überlappen von zwei Nukleonen gibt es also keine Beschränkungen für die Besetzung der niedrigsten Zustände in der Ortswellenfunktion aufgrund des Pauli-Prinzips, und daher rührt die Abstossung auf einen anderen Effekt, nämlich den der starken Spin-Spin-Wechselwirkung der Quarks. Das Δ-Baryon, in dem die drei Quark-Spins parallel stehen, weist gegenüber dem Nukleon eine höhere Masse auf. Wenn Nukleonen überlappen und dabei alle 6 Quarks im (l=0)-Zustand bleiben, nimmt die potentielle Energie des Systems zu, denn die Zahl der Quarkpaare mit parallel ausgerichtetem Spin ist grösser als bei separierten Nekleonen. Für jedes parallel ausgerichtete Quarkpaar erhöht sich die potentielle Energie um die halbe Δ-Nukleon-Energiedifferenz.

Natürlich versucht das Nukleon-Nukleon-System seine "farbmagnetische" Energie zu minimieren, indem möglichst viele Quark-Spins antiparallel ausgerichtet werden. Dies geht aber bei l=0 nicht, da der Spin-Flavour-Anteil der Wellenfunktion voll symmetrisch sein soll. Die farbmagnetische Energie kann weiter reduziert werden, wenn mindestens zwei Quarks in den (l=1)-Zustand angehoben werden. Die damit verbundene Zunahme der Anregungsenergie ist aber vergleichbar mit der Verringerung der farbmagnetischen Energie, so dass sich auf jeden Fall bei stark überlappenden Nukleonen die Gesamtenergie mit abnehmenden Nukleonenabstand erhöht. Somit ergibt sich die effektive Abstossung bei kleinen Abständen in gleichem Masse aus der Zunahme der farbmagnetischen Anregungsenergie. Für den Fall, dass sich die Nukleonen bis auf den Abstand r=0 nähern, erhält man als Näherung eine grosse Wahrscheinlichkeit dafür, dass 2 der 6 Quarks im p-Zustand sind. Diese Konfiguration drückt sich in der Relativwellenfunktion der Nukleonen durch eine Nullstelle bei 0.4fm aus. Zusammen mit der farbmagnetischen Energie bewirkt dies eine starke, kurzreichweitige Abstossung. Das Verhalten der Kernkraft wird dann durch ein Nukleon-Nukleon-Potential (Yukawa-Potential) beschrieben, das bei Abständen unterhalb von 0.8fm schnell ansteigt.

Grüsse, rene