Die Substruktur der Leptonen/Quarksfamilien

Wissenschaftlicher Aufsatz , 2007 , 33 Seiten

Physik - Theoretische Physik

Die Frage nach dem Aufbau der Materie beschäftigte bereits die Philosophen der Antike. Sie sahen die vier Elemente Feuer, Wasser, Luft und Erde als die Grundstoffe der Welt.
Im Mittelalter wurden diese von den Alchemisten um einige chemischen Elemente erweitert. Die steigende Zahl der “Grundstoffe” wurde aber nicht verstanden.
Erst MENDELEJEW entwickelte hierzu das periodische System. Es besaß noch “Lücken”, diese Lücken hatten Eigenschaften. Dadurch konnten noch nicht entdeckte chemische Elemente vorhergesagt werden.
Ende des 19. Jahrhunderts wurde das Elektron entdeckt und BOHR entwickelte etwas später das Atommodell.
Das Atom enthält einen Kern, der von Elektronen umgeben ist. Der Kern lässt sich in noch kleinere Teile zerlegen, in Protonen und Neutronen.
Zu Elektron, Proton und Neutron kam 1930 noch ein Teilchen hinzu, das Neutrino - vier Teilchen, durch die der Aufbau der Materie nun erklärlich schien.
In den 50er Jahren wurde durch Experimente klar, dass Proton und Neutron Vertreter einer großen Teilchenfamilie sind, den Hadronen. Weit über 100 Hadronen wurden entdeckt.
Erst das Quarks-Modell brachte Ordnung in den ”Hadronen-Zoo“. Alle Hadronen setzen sich aus zwei oder drei Quarks zusammen.
Heute ist man der Auffassung, dass es zwei Arten von fundamentalen Teilchen gibt die Leptonen, zu denen auch die Elektronen gehören und die Quarks, aus denen die Hadronen bestehen.
Wir kennen 6 Leptonen und 18 Quarks die man in 3 ”Familien“ einordnet.
Diese erneut große Anzahl “fundamentaler” Teilchen gilt als Hinweis, dass mit den Leptonen/Quarks noch nicht die elementarsten Bausteine der Materie gefunden sind.

Hier knüpft die vorliegende Arbeit an und postuliert zwei neue Teilchen, aus welchen die Leptonen und Quarks aufgebaut sind. Folgt man dieser Vorstellung, ergeben sich weitreichende Konsequenzen für das Verständnis vom Aufbau der Materie.

Zum einen sind wir bei den echten Grundbausteinen der Materie angekommen, und zum anderen wird es erstmals möglich, die Massenverhältnisse der Elementarteilchen zu berechnen.
Überraschend ist auch die Erkenntnis, dass es einen physikalischen Zusammenhang zwischen der Elementarladung und der Farbladung gibt.
Die mögliche Existenz einer 4. Leptonen/Quarksfamilie wird hier auch theoretisch ausgeschlossen.
Außerdem ist unerwartet die Unsymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im Universum beseitigt, und obendrein wird noch das Verhältnis der Summe Baryonen zu der Summe Leptonen im Universum vorhergesagt.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Farbladung

3. Die Leptonen/Quarksfamilien

4. Die Nanos

5. Substruktur der Leptonen/Quarksfamilien

6. Fazit

7. Ausblick

Literaturverzeichnis

Anhang - Berechnung der Massenverhältnisse der Leptonen -

1. Einleitung

Das Spektrum der Leptonen e (Elektron) , m (Müon), t (Tau) mit ihren zugehörigen Neutrinos h e, h m, h t und der Quarks u , d, s, c, b, t umfasst bisher 12 Teilchen.

Die Quarks tragen die Farbladung r (rot), g (grün) und b (blau), kommen also je 3-mal vor. Damit erhöht sich die Teilchenzahl auf 24.

Hinzu kommen nun aber auch noch die jeweiligen Antiteilchen.

Zurzeit kennen wir insgesamt 48 Spektrumsmitglieder.

Diese werden bekanntlich in drei Leptonen/Quarksfamilien unterteilt.

Es gibt bis heute keine theoretische Einschränkung auf 48 Teilchen in nur 3 Familien.

Auch die identische Wiederholung der Leptonen/Quarksfamilien ist derzeit noch nicht begründet.

Dieser Aufsatz stellt ein Modell der Substruktur obiger Teilchen vor, welches die mögliche Teilchenanzahl auf 48 begrenzt und deren Auftreten in nur 3 Familien begründet.

2. Farbladung

Bekanntlich wurde zur Rettung des Pauli-Prinzips die Farbladung eingeführt. Dabei wurde den Quarks Farbe und den Antiquarks die entsprechende Antifarbe zugeordnet.

Nun soll,

bei den Baryonen die Farbmischung von 3 Quarks (r, g, b) gleich W (weiß),

bei den Antibaryonen die Farbmischung von 3 Antiquarks (` r, ` g, ` b) auch W (weiß),

bei den Mesonen die Farbmischung der Quarks/Antiquarks-Paare (r, ` r) sowie (g, ` g) oder (b, ` b) ebenfalls W (weiß) ergeben.

Alle Farbmischungen das gleiche Resultat? Das scheint doch recht verwunderlich.

Das folgende Modell eines “Farbraumes” macht einerseits Unterschiede in der Farbmischung bei Baryonen und Antibaryonen sowie bei Mesonen und

ordnet anderseits den Farben Quantenzahlen zu.
Wir denken uns einen “Farbraum” mit den Koordinaten x, y und z.

Dabei seien x und y imaginäre Achsen und z eine reelle Achse.

An die reelle Achse z schreiben wir die Baryonzahl B.

Nun denken wir uns eine Kugel mit dem Radius 1. Der Kugelmittelpunkt liegt im Koordinatenursprung. Diese Kugel sei der “Farbraum”.

Auf der Kugeloberfläche sei (bei zurzeit noch fehlender physikalischer Interpretation der Koordinaten x, y noch wahlfrei und untereinander austauschbar) bei

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Setzen wir nun vorläufig

W = B (1)

können wir die Farbkugel [1] von Philipp Otto Runge als “Farbraum” interpretieren.

Wir erhalten folgende komplexe Farbquantenzahlen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

mit der reellen Komponente W = -1/3
Die Farbmischung der 3 Quarks der Baryonen (r, g, b) wird nunmehr:

W = 1 (weiß).

Die Farbmischung der 3 Antiquarks der Antibaryonen (` r, ` g, ` b) wird:

W = -1 (antiweiß / schwarz)

Die Farbmischung der Quarks/Antiquarks-Paare der Mesonen (r, ` r) sowie (g, ` g) oder (b, ` b) wird:

W = 0 (grau)

Wir stellen fest:

- alle reelle “freie” Teilchen finden wir auf der Polachse der Farbkugel.

Die Baryonen am Nordpol (weiß), die Antibaryonen am Südpol (schwarz)

Die Mesonen im Kugelmittelpunkt (grau).

- imaginäre “unfreie” Teilchen wie die Quarks finden wir auf der Kugeloberfläche.

3. Die Leptonen/Quarksfamilien

Die Leptonen und Quarks werden bekanntlich wie folgt in 3 Familien eingeteilt.

1. Familie 2. Familie 3. Familie

e+ Positron µ + Antimüon t + Antitau

u Quark c Quark t Quark

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

e- Elektron µ - Müon t - Tau
Da sich die Quantenzahlen in allen Familien identisch wiederholen, betrachten wir im Weiteren nur die 1.Familie mit den zugehörigen Quantenzahlen.

1. Familie Q (Elementarladung) B (Baryon) L (Lepton)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

e- Elektron -1 0 1

Es fällt sofort auf, dass es hier keine Quantenzahl gibt, die auf eine Zusammengehörigkeit der “Familienmitglieder” hinweist.

Im Gegenteil, Leptonen haben keine Baryonzahl und die Quarks keine Leptonenzahl. Leptonen sind reelle “freie” Teilchen, Quarks sind das nicht.

Alle “Familienmitglieder” sind zwar Fermionen mit dem Spin ½, das sind die Baryonen aber auch.

Was allerdings eine gemeinsame Eigenschaft aller “Familienmitglieder” ist, sie strukturieren die Materie.

Folgender Zusammenhang soll diese Gemeinsamkeit aller “Familienmitglieder” kennzeichnen:

T = 2 Q - B + L (2)

Die hier neu eingeführte additive Quantenzahl T bezeichnen wir nunmehr als “Strukturquantenzahl”.

Betrachten wir noch einmal die 1. Familie mit der neuen Quantenzahl T.

1. Familie Q B L T

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

e- Elektron -1 0 1 -1

Hierbei fällt auf, dass T nicht symmetrisch zu den Teilchen/Antiteilchen ist.

Später wird uns dieser Umstand zu einer überraschenden Erkenntnis führen.

In (2) T = 2 Q - B + L anders geschrieben T = 2 Q - (B - L)

gilt es noch den Klammerausdruck (B - L) zu interpretieren.

Wenn wir den Leptonen/Quarksfamilien eine Substruktur unterstellen, ist es geradezu logisch, den Leptonen als reelle “freie” Teilchen auch eine Farbmischung W zuzuordnen. Hierzu ist (1) allerdings zu erweitern.

Wir definieren neu und ersetzen (1) durch:

W = B - L (3)

Damit wird (2) auch:

T = 2 Q - W (4)

[...]

• Autor: Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Kloppe (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2007
• Seiten: 33
• Katalognummer: V70382
• ISBN (eBook): 9783638615716
• ISBN (Buch): 9783638677943
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Substruktur, Leptonen/Quarksfamilien