[Physik] Neutrale Ströme und Wechselwirkungen?

[Saroc]

Hoi Leute,

da hier ja ein paar schlaue Köpfe anwesend sind, die u.a. auch Physik studieren oder was in der Richtung machen, mal ein paar Fragen:

Was genau sind neutrale Ströme? Nach einigem Googeln bin ich nun soweit, das diese Ströme die schwache Kraft sozusagen "ignorieren" - das heißt, es werden keine Teilchen umgewandelt, wie es sonst eigentlich der Fall wäre. Wo ich bei meiner nächsten Frage lange - was genau ist der Grund für die schwache Kraft/Wechselwirkung? Warum wandeln sich z.B. Neutronen zu Protonen um? Falls sich jemand auskennt hätt' ich später vielleicht noch ein paar weitere Fragen. Teilchenphysik ist ja interessant, aber imo auch recht kompliziert.

 

[DonQuintal]

Ich bin mir nicht sicher, was Du meinst.
Bei elektrischen Strömen geht man ausschließlich von Energietransport aus. Als Nebeneffekt kommt es aber auch hier zur chemischen/ physikalischen Umwandlung des Leiters. Ursache ist, dass sich nicht alle Teilchen in Flussrichtung bewegen können. Es kommt zu Verwirbelungen. Diese widerrum verursachen eine Erwärmung des Leiters, welche als Katalysator für Stoffumwandlung zur Verfügung steht.
Vielleicht wirst Du auf der Suche nach der Ursache für elektrischen Widerstand (insbesondere in Halbleitern) fündig.

 

[Saroc]

Ne, ich glaube nicht, dass das gemeint ist. Mit elektrischem Strom hat das eher weniger zutun. Kannst dir ja mal folgendes durchlesen:

http://www.weltderphysik.de/de/168.php

Aber danke für deine Mühe.

 

[stefros]

Hast du ein Glück dass ich das grade für meine Prüfung lerne.

Die schwache Wechselwirkung wird durch drei sogenannte Eichbosonen vermittelt. Das sind die beiden geladenen (W+, W-) und das neutrale (Z0). Ein Z0 trägt hierbei keinerlei Ladung, daher die Bezeichnung "Neutrale Ströme". Man findet dieses Boson zum Beispiel bei der Streuung von geladenen Leptonen mit ungeladenen Leptonen (Elektron - Myon-Neutrino Streuung).

Das mit der Umwandlung vom Neutron zum Proton ist nun ein anderes Phänomen. Dies ist der sog. Beta-Zerfall (ein Beispiel für geladene Ströme).

Da hast du auch Glück, mein Spezialthema für die Prüfung ist grade der Neutrinolose Doppel-Beta-Zerfall.

Auf jeden Fall muss man sich das, um es zu verstehen auf Quark-Level anschauen. Bist du mit Quarks vertraut?

Ein Proton besteht aus (uud) ein Neutron aus (udd). Da das Neutron eine etwas größere Masse als ein Proton hat (down quarks sind schwerer als up quarks) kann es in dieses zerfallen (Masse = Energie). Die Energiedifferenz ist allerdings recht klein weshalb ein Neutron eine recht lange Lebensdauer hat (886 Sekunden).

Beim Beta Zerfall wird nun ein down-quark in ein up-quark umgewandelt. Dies ist nur über die schwache Wechselwirkung (nur sie kann den "Geschmack" eines Quarks ändern) möglich und wird durch ein W- Boson vermittelt. Dieses zerfällt anschliessend in ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino.

Das erkennt man am besten am zugehörigen Feynman-Graphen, ich mach einfach mal ein Foto davon (die Zeit läuft von unten nach oben ab):

 

[Saroc]

Mit Quarks kann ich leider nicht sehr viel anfangen, ich weiß lediglich dass es sich um die Grundbausteine der Atomkerne handelt und man sie iwie in Up- und Downquarks unterteilt.

Auch mit der Grafik kann ich leider nix anfangen. Um mal den genauen Hintergrund zu nennen, ich beschäftige mich mit dem Large Hadron Collider und der Möglichkeit, das dort schwarze Löcher entstehen für meine Abschlussprüfung im Abitur. Dafür bin ich vor ca. einem halben Jahr ganz frisch in die Teilchenphysik eingestiegen und weiß nur das bisschen aus meinen Recherchen und von Alpha Centauri.

Dabei soll ich u.a. die wichtigsten Erkenntnisse, die im CERN gewonnen worden, zusammenstellen und die Entdeckung der neutralen Ströme ist halt eins davon. Also, das Z0-Boson trägt keine Ladung, vermittelt aber eine Wechselwirkung. Und dieses wurde vorher nie beobachtet? Wenn ich meinen Link richtig verstanden habe, hätte sich das Neutrino in ein Myon umwandeln müssen, was es aber nicht tat, und dafür ist dieses Z0-Boson zuständig. Aber was ist die Voraussetzung, das es auftritt?

 

[DonQuintal]

Dann mache auch eine Abschlussprüfung fürs Abitur und keine Diplomarbeit fürs Studium daraus. Dir sollten die elementaren Zusammenhänge ausreichen.

 

[stefros]

Ja, also alle schweren Teilchen die es gibt bestehen entweder aus 2 oder aus 3 Quarks. Quarks können nicht einzeln vorkommen. Es gibt 6 verschiedene Quarks. Up und Down sind die leichtesten und somit die häufigsten.

Neben den schweren Teilchen gibt es noch die leichten Teilchen (Leptonen). Das sind ebenfalls 6. Die leichtesten sind das Elektron und sein zugehöriges Neutrino (wobei die Masse der Neutrinos noch unbekannt und sehr sehr klein ist).

Die Entdeckung des Z0 Bosons war der Beweis für die Existenz neutraler Ströme. Es wurde wohl in dem von dir verlinkten Experiment entdeckt, hab mir das grade mal angeschaut.

Also es gibt wie gesagt 6 Leptonen. Elektron, Myon, Tau und jeweils ein Neutino dazu (Elektron-Neutrino usw.)
Hierbei muss der "Geschmack" allerdings auch in der schwachen Wechselwirkung erhalten bleiben. Also ein Myon kann nicht zu einem Elektron mutieren. Aber ein Elektron und ein Myon-Neutrino können zu einem Myon und einem Elektron-Neutrino werden. Man hat am Anfang etwas was nach Elektron schmeckt und etwas das nach Myon schmeckt und am Ende ebenfalls. Also geht das. Dafür hätte man ein W- Boson gebraucht da Ladung übertragen werden muss (Neutrinos tragen keine Ladung). Das Myon Neutrino bekommt die Ladung und etwas Energie vom Elektron und wird dann zum Myon.

Das ist hier jetzt aber nicht passiert. Stattdessen gab es Streuung.

Ein Streuprozess kann man sich wie 2 Kugeln vorstellen die Zusammenstossen. Aber Teilchen können eben nicht direkt stoßen sondern müssen sich sozusagen gegenseitig mit einem Ball abwerfen. Der ist in diesem Fall hier das Z0 gewesen. Das Elektron streut an einem Myon-Neutrino. Das Neutrino sieht man in der Blasenkammer nicht da es nicht geladen ist. Aber das Elektron sieht man wie es auf einmal seine Richtung ändert. Wenn man das durchrechnet kommt am Ende das Z0 dabei raus.

Alles was man braucht um ein Z0 zu erzeugen ist Energie. 80 MeV falls du es genau wissen willst. Das Z0 ist ein Quasiteilchen, das heisst es kann nur für sehr kurze Zeit existieren.

Definition Quasiteilchen: Ein Teilchen das bei einem Prozess im Anfangs und Endzustand nicht mehr vorkommt.