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THEMA: QCD: "Bewegen" sich Quarks?

QCD: "Bewegen" sich Quarks? 30 12. 2019 10:43 #62981

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Die 3 Quarks im Proton stehen ja nicht still, sie haben - sofern ich es richtig verstanden habe - massenhaft kinetische Energie die zur Masse des Protons beiträgt. Dazu habe ich drei Fragen:

1. Warum haben die 3 Quarks im Mittel immer gleich viel kinetische Energie, so dass uns das Proton immer gleich massig erscheint?

2. Das Proton besteht ausschließlich aus diesen 3 Quarks, oder anders ausgedrückt: 2 up und 1 down Quark sind das Proton. Da gibt es keine "Hülle" oder sonstetwas herum, oder?

3. Wenn sich die Quarks bewegen erfahren Sie (auf Grund des geringen Platzangebots) ja starke Beschleunigungen (ausgelöst durch die starke Kernkraft?). Diese ist aber umso schwächer, umso näher sich die Quarks zueinander befinden. Warum verlieren die Quarks mit der Zeit nicht ihre kinetische Energie und kuscheln sich am Ende mti kaum mehr restlicher kinetischer Energie ganz dicht aneinander?

Liebe Grüße!
- Dominik

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 30 12. 2019 12:28 #62984

D.R. schrieb: 2. Das Proton besteht ausschließlich aus diesen 3 Quarks, oder anders ausgedrückt: 2 up und 1 down Quark sind das Proton. Da gibt es keine "Hülle" oder sonstetwas herum, oder?

3. Wenn sich die Quarks bewegen erfahren Sie (auf Grund des geringen Platzangebots) ja starke Beschleunigungen (ausgelöst durch die starke Kernkraft?). Diese ist aber umso schwächer, umso näher sich die Quarks zueinander befinden. Warum verlieren die Quarks mit der Zeit nicht ihre kinetische Energie und kuscheln sich am Ende mti kaum mehr restlicher kinetischer Energie ganz dicht aneinander?

Ich fang mal gleich bei 2. an, weil die Vorstellung ist falsch. Im Proton ist viel mehr drin als nur das.

Die UUD sind nur die ValenzquarksValenzquarks . Die Masse des Proton ist größer als die Summe der UUD.

Die UUD werden von den (virtuellen) Gluonen zusammengehalten, diese Bindungsenergie trägt wesentlich zur Masse des Proton bei.

Des weiteren gibt es im Proton noch virtuelle Seequarks, diese entstehen und vergehen permanent. Also da ist richtig was los in dem Ding und alles zappelt wie verrückt hin und her.

Für einen (sehr tiefen) Einstieg in das Proton: Lehrbuch "Teilchen und Kerne" ISBN 978-3-642-37821-8 Springer Verlag
Das sollte man sich allerdings nur antun wenn man sich sehr gut in der QED auskennt.

Die Quarks können nicht mit der Zeit Ihre Energie verlieren, aus dem gleichen Grund warum auch die Elektronen die um den gesamten Kern "rumfliegen" Ihre Energie nicht verlieren können. Wenn Sie das tun würden, dann würden Sie in den Kern stürzen und es gäbe keine Atome.

Wir wissen dass das Elektron sich als umlaufende Welle verhält. Der Wert der Energie sinkt, wenn sowohl r als auch der Implus mv gegen null gehen. Wenn r sinkt und die Welle immer kompakter wird, wachsen umgekehrt die entsprechenden Werte der Geschwindigkeit an, was somit auch für die kinetische Energie gelten muss.

Während die Energie eines klassischen Teilchens mit sinkendem r monoton abfällt, erreicht die Energie der Materiewelle ein Minimum und wächst danach wieder an.

Lehrbuch "Moderne Physik" ISBN 978-3-86894-115-9 Pearson Verlag Seite 180 ff.

Andreas.

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 30 12. 2019 13:53 #62988

Hallo Andreas,

du schriebst: Die UUD werden von den (virtuellen) Gluonen zusammengehalten, diese Bindungsenergie trägt wesentlich zur Masse des Proton bei.


Ich glaub soweit hab ich es als Laie verstanden. Die Up / Down Quarks (und Elektron) bekommen ihre Ruhemasse durch WW mit dem
Higgs-Feld. Die Gluonen, die Austauschteilchen der starken Wechselwirkung (diejenigen, die diese Quarks zusammenhalten) bestehen aus anderen
Energieformen (Bewegungs-, Bindungsenergie) und die machen den meisten Anteil der Masse eines Protons aus. Die (Gluonen) flitzen da drin quasi
mit LG hin und her (irgendwie verrückt wenn man versucht sich das als Laie vorzustellen :silly: ).
Naja, mir so richtig vorstellen was "virtuelle" Gluonen überhaupt sein sollen kann ich sowieso net, hehe...

Du schriebst: Des weiteren gibt es im Proton noch virtuelle Seequarks, diese entstehen und vergehen permanent.


Das hab ich noch nie gelesen, was sind den virtuelle Seequarks? Ich will mir da als Laie auch nicht so komplizierte Bücher kaufen
(weil da verstehe ich dann sowieso nur noch Bahnhof). Vielleicht kannst du es ja kurz laienhaft erklären?

Du schriebst: Die Quarks können nicht mit der Zeit Ihre Energie verlieren, aus dem gleichen Grund warum auch die Elektronen die um den gesamten Kern "rumfliegen" Ihre Energie nicht verlieren können. Wenn Sie das tun würden, dann würden Sie in den Kern stürzen und es gäbe keine Atome.


Können die ihre (Ruhe) Energie nicht verlieren weil die Quarks und Elektronen permanent mit dem Higgs-Feld wechselwirken (auch mit der Zeit) ?
Ich meine damit: Würden sie das über die Zeit nicht tun dann würden sie ihre Ruheenergie (und damit ihre Trägheit) verlieren und würden
ruhemasselos. Sie wären dann wie Photonen und nix könnte sie mehr daran hindern mit LG herum zu düsen. Die Materie würde sich sofort auflösen. Denke
ich da falsch, grübel, grübel....

Liebe Grüße

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 30 12. 2019 19:58 #63008

Andreas Killer schrieb: Die UUD werden von den (virtuellen) Gluonen zusammengehalten, diese Bindungsenergie trägt wesentlich zur Masse des Proton bei.

Danke für die Ausführungen, aber die Bindungsenergie trägt auf keinen Fall zur Masse bei sondern die ist nämlich in diesem Zusammenhang auf jeden Fall negativ und wäre nötig, um die Quarks aus dem Confinement zu befreien. Hast Du die Formulierung aus wiki? Dort habe ich erst vor kurzem eine Korrektur durchgesetzt. Naja die vielen Quellen im Web haben wohl noch den alten Text von wiki auf der Platte....oder sollte das tatsächlich in einem Lehrbuch so stehen, in einem Skript habe ich es auch schon gelesen.
de.wikipedia.org/wiki/Quantenchromodynam...nzung_zur_Kernphysik

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 31 12. 2019 10:23 #63042

ra-raisch schrieb:

Andreas Killer schrieb: Die UUD werden von den (virtuellen) Gluonen zusammengehalten, diese Bindungsenergie trägt wesentlich zur Masse des Proton bei.

Danke für die Ausführungen, aber die Bindungsenergie trägt auf keinen Fall zur Masse bei sondern die ist nämlich in diesem Zusammenhang auf jeden Fall negativ und wäre nötig, um die Quarks aus dem Confinement zu befreien. Hast Du die Formulierung aus wiki? Dort habe ich erst vor kurzem eine Korrektur durchgesetzt.

Jau, alles klar.

QCD Quantenchromodynamik • Farbladung • Quarks • Aristoteles ► Stringtheorie (45) | Josef M. Gaßner

Ich bin dann mal weg.

Andreas.

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 31 12. 2019 10:38 #63045

Andreas Killer schrieb: Jau, alles klar.

Das ist mir beim Video auch aufgefallen.
wiki:
Bindungsenergie muss aufgebracht werden, um ein gebundenes System aus zwei oder mehr Bestandteilen (beispielsweise einen Himmelskörper, ein Molekül, ein Atom, einen Atomkern), die durch Anziehungskräfte zusammengehalten werden, in seine Bestandteile zu zerlegen. Eine ebenso große Energie wird freigesetzt, wenn sich das gebundene System aus den Einzelteilen bildet. Manchmal wird unter Bindungsenergie nicht diese Energiemenge selbst, sondern die Änderung des Energieinhalts des Systems verstanden, wenn seine Teile sich miteinander verbinden; dann hat sie den gleichen Betrag, ist aber negativ. So ist z. B. die in der Chemie gebräuchliche Reaktionsenthalpie Δ H negativ, wenn bei der Reaktion Energie frei wird.
Die Bezeichnung Bindungsenergie ist ein gängiger Fachausdruck, aber sprachlich etwas unglücklich gewählt. Sie führt – besonders mit einem nachfolgenden Genitiv, wie z. B. Bindungsenergie „des Uran-Atomkerns“ oder „des ATP-Moleküls“ – leicht zu dem Missverständnis, es handele sich um einen Energiebetrag, der in dem gebundenen System vorhanden ist und aus ihm freigesetzt werden kann. Richtig ist, wie oben gesagt, das Gegenteil: Die Bindungsenergie ist bereits bei der Bildung des gebundenen Systems freigesetzt und abgegeben worden, ist also nun nicht mehr verfügbar.


Bei der ominösen "Bindungsenergie" der Quarks handelt es sich eher um eine "Zwangsenergie", also eine Spannung oder einen Druck.

Ja, es gibt einige falsche Bezeichnungen, die sich hartnäckig bei Physikern halten.

"Potential" ist ein weiteres Beispiel
wiki: Potential (Physik), Vermögen eines konservativen Kraftfelds, einen Probekörper Arbeit verrichten zu lassen; alternativ das Skalarfeld, das dieses Vermögen des Kraftfelds beschreibt.
Das selbe Wort wird aber häufig für die potentielle Energie benützt, was natürlich falsch ist. Ein Fachwort darf nicht unterschiedliche Bedeutungen mit unterschiedlichen Dimensionen haben.
wiki: In vielen Lehrbüchern wird auch die potentielle Energie mit „Potential“ bezeichnet[1] und das Formelzeichen V der potentiellen Energie gewählt. Ein Potential (im eigentlichen Sinn) ist potentielle Energie pro Kopplungskonstante, z. B. elektrische Ladung oder Masse.
Viele historisch gewachsene Begriffe sind falsch zusammengesetzt, manche wurden bereits geändert, aber das wäre ein anderes Kapitel.

"Schwarzschildradius" ist ein weiteres Beispiel, wobei ich nicht sagen kann, welche Verwendung da richtig oder falsch wäre. Die Frage hatten wir hier schon einmal im Forum. Es wird aber teils für rs=2MG/c² also für den Ereignishorizont der Schwarzschildlösung benützt, so wiki, Müller etc, was ich präferiere. Teils wird rs aber allgemein für den Ereignishorizont Schwarzer Löcher und im Speziellen für RS=MG/c² benützt zB auch in der "Bibel" Gravitation von MTW, wofür allerdings auch der spezielle Begriff Gravitationsradius rG=MG/c² existiert und eben auch der allgemeine Begriff des Ereignishorizontes rH. Diese Doppeldeutigkeit hat es bis an die Uni (TU München) geschafft, wo Skripte existieren, bei denen die Fluchtgeschwindigkeit mit "v=²(MG/r)" dementsprechend falsch berechnet wird, was die Orbitgeschwindigkeit wäre, also nicht nur "anders" bezeichnet wird.

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 31 12. 2019 16:19 #63057

ra-raisch schrieb:

Andreas Killer schrieb: Die UUD werden von den (virtuellen) Gluonen zusammengehalten, diese Bindungsenergie trägt wesentlich zur Masse des Proton bei.

Danke für die Ausführungen, aber die Bindungsenergie trägt auf keinen Fall zur Masse bei sondern die ist nämlich in diesem Zusammenhang auf jeden Fall negativ und wäre nötig, um die Quarks aus dem Confinement zu befreien. Hast Du die Formulierung aus wiki? Dort habe ich erst vor kurzem eine Korrektur durchgesetzt. Naja die vielen Quellen im Web haben wohl noch den alten Text von wiki auf der Platte....oder sollte das tatsächlich in einem Lehrbuch so stehen, in einem Skript habe ich es auch schon gelesen.
de.wikipedia.org/wiki/Quantenchromodynam...nzung_zur_Kernphysik

Da spürt man gut Deine Begeisterung für das Thema der Elementarteilchen-Erzeugung und -Beschreibung. Den Artikel zur QCD habe ich vor längerer Zeit gelesen und nichts gemerkt.
Ergänzend fand ich noch Das genaueste Bild des Protons .
Interessant ist vielleicht auch Eine Reise in das Innere des Protons .
Die vielen Bilder auf Google zur inneren Struktur des Protons zeugen davon, dass wir noch nicht genug davon verstehen.
Guten Rutsch (wir haben hier in Sarajevo etwas Schnee),
mfG
Lothar W.

Können Planckobjekte, mit einfacher Wechselwirkung bei Berührung, diskrete Erweiterungen der Standardphysik vereinfachen?

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Können Planckobjekte, mit einfacher Wechselwirkung bei Berührung, diskrete Erweiterungen der Standardphysik vereinfachen?

QCD: "Bewegen" sich Quarks? 07 01. 2020 20:19 #63464

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Der Link zu "Eine Reise in das Innere des Protons" ist super - gibt's dazu auch noch irgednwo den dazugheörigen Vortrag auf YouTube? Habe ihn leider nicht gefunden, aber der scheint sehr spannend zu sein!

LG
Dominik

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 07 01. 2020 20:20 #63465

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Und leider ist mir immer noch nicht klar, warum all diese Quarks und Seequarks zusammen fast immer genau die gleiche kinetische Energie haben so dass ein Proton nach außen hin immer gleich viel Masse haben zu scheint. Weiß da jemand genauer Bescheid?

LG
Dominik

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 07 01. 2020 21:13 #63471

Die Antwort kann ich nur vermuten, mit Chromodynamik kenne ich mich nicht aus.

Wenn man sich als Analog beispielweise ein (ruhendes) Heliumatom ansieht, dann bewegen sich zwei Elektronen um den Kern und die Gesamtenergie ist immer gleich. Wieso ist das? Die Elektronen befinden sich im quantenmechanischen Grundzustand.

So etwas ähnliches würde ich auch im Falle eines Atomkerns vermuten.

Nicht extra gekennzeichnete Beiträge sind normale private Beiträge. Sie sollten genauso diskutiert und kritisiert werden wie alle anderen Beiträge auch.

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 07 01. 2020 21:59 #63479

D.R.,
in unserer Wissensbox findet sich ein Artikel von Jörn zu deinem Thema, Titel: Starke Kernkraft.. Stammt von 2016, ist aber immer noch aktuell. Dort sind die Erkenntnisse vom Kernforschungszentrum Desy in Hamburg zusammengetragen.
Im Titelphoto ist dargestellt, aus welchen Bestandteilen das Proton besteht, die Quarks und die Gluonen als Wechselwirkungspartner.

Der Artikel erklärt, wie das Proton funktioniert, aber nicht, warum die Starke Kraft so funktioniert, wie sie funktioniert und woher sie ihre Größe und damit ihre Reichweite hat.

Ich kenne keine Quelle, die auf das Warum eine Antwort hat.

Thomas

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 09 01. 2020 22:39 #63537

D.R. schrieb: Und leider ist mir immer noch nicht klar, warum all diese Quarks und Seequarks zusammen fast immer genau die gleiche kinetische Energie haben so dass ein Proton nach außen hin immer gleich viel Masse haben zu scheint. Weiß da jemand genauer Bescheid?

Zur Frage Warum sie diese Energie haben kann ich nichts sagen. Das sie immer die gleiche Masse haben ist jedoch offenbar nicht richtig. Freie Neutronen und freie Protonen haben mehr Masse als gebunden in einem Atomkern. Dieser Masseunterschied ist es was täglich Licht und Wärme spendet.

assume good faith

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assume good faith

QCD: "Bewegen" sich Quarks? 10 01. 2020 10:59 #63560

Merilix schrieb: Das sie immer die gleiche Masse haben ist jedoch offenbar nicht richtig.

Ich denke, D.R. bezog sich auf gleiche Zustände. Da es sich um kinetische Energie einer Vielzahl von Bestandteilen handelt, ist schon verwunderlich, dass diese in Summe immer genau gleich sein soll.

Andererseits wissen wir vom Atommodell, dass sich die Elektronen nur auf ganz bestimmten Bahnen (Orbitale) bewegen und deshalb dort immer die gleiche Energie haben. Es gibt zwar Variationen in den Bahnen (Anregungen), aber die sind nicht so gravierend.

Im Confinement sollte daher bei allem Tohuwabohu auch eine generelle Ordnung herrschen, wie es ja ohnehin vom Pauliprinzip diktiert wird, also ähnlich wie im Atommodell.

Bei den Elektronenbahnen spielt nun die Energiediffernz der möglichen Bahnen keine große Rolle für die Gesamtmasse. Anscheinend ergibt sich Ähnliches aus den Potentialen der Quarks, was die Variationen geringfügig erscheinen läßt, auch wenn die Masse vorwiegend aus genau diesen Energien gebildet wird. Womöglich ist die Anzahl der Potentiale so groß, dass die unteren mit größeren Differenzen immer vollständig besetzt sind und die Variationen der hohen Potentiale dann nur noch geringe Differenzen aufweisen.

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QCD: "Bewegen" sich Quarks? 10 01. 2020 11:04 #63561

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Danke für eure Antworten!

LG
Dominik

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