Bastelstunde Elementarteilchen (Nachtrag)                          Zum Inhaltsverzeichnis

Wir müssen unbedingt Raum für Zweifel lassen, sonst gibt es keinen Fortschritt, kein Dazulernen. Man kann nichts Neues herausfinden, wenn man nicht vorher eine Frage stellt. Und um zu fragen, bedarf es des Zweifelns.“    Richard P. Feynman, Es ist so einfach,  S. 148)

Die Überschrift soll unterstreichen, dass es sich hier nur um den Versuch einer Teilchenbilanz und weiterer Modelle handelt. 

In früheren Artikeln wurde ein Urteilchen "H" ohne Eigenschaften wie Gravitationswirkung und elektrostatische Wechselwirkung angenommen. Dieses Teilchen zerfällt in einen gravitativen Teil g, und einen antigravitativen a, womit die Gravitationskraft als erste Kraft und schwere Masse entsteht. Der weitere Zerfall mit elektrischen Ladungen führt zu g+ und g-, ferner zu a+ und a-, womit die elektrische Wechselwirkung auftritt. Damit gibt es keine neutralen Basisteilchen.

Die Massen aller Teilchen sind extensive Größen, Gravitation bzw. Antigravitation intensive Größen der Teilchen. Bei elektrischen Ladungen Positron und Elektron; bei der Gravitation Adipol und Neutrino (a+a- bzw g+g-).

Im ersten Schritt entstehen gravitative Massen, die in der Folge über Quarks etc. zu Atomkernen führen; die antigravitativen Teilchen bleiben isoliert.

Aus dem H entstehen  somit 4 Teilchenarten. Dann sind die in der folgenden Tabelle gezeigten 16 Paarungen denkbar. Alle sind theoretisch mit 6,25 % gleich wahrscheinlich, aber wegen der antigravitativen Abstoßung treten solche Paarungen, die ein a enthalten, im ersten Zeitintervall nicht auf. Insbesondere werden makroskopische antigravitative Körper nicht gebildet. Die übrigen sind stabil und fallen (in der Sprache des Chemikers) als normale Materie aus. Da in dieser so entstandenen ersten Materie beide Ladungsarten enthalten sind, besteht kein Grund für einen Zerfall im zweiten Zeitintervall nach dem Vorherrschen der dann dominierenden Elektrokraft.

In früheren Kapiteln galt: In der Frühzeit überwog die gravitative die elektrostatische Kraft, sowohl abstoßend als auch anziehend. Somit gibt es für die Paare ein Vorher und Nachher. Ursache war entsprechend der größer werdenden Lichtgeschwindigkeit gemäß  m = E/c² eine stetig abnehmende Masse. Die Grenzlinie liegt dort, wo beide Kräfte gleich groß sind (etwa Planck-Masse). 

In den Spalten 3 und 4 zeigen + Zeichen bzw. - Zeichen an, ob Teilchen oberhalb und unterhalb der Grenzlinie möglich sind. Vorher existierten daher nur Teilchen der Zeilen 1, 2 (identisch mit 5) und 6.  Falls anfangs die Gravitation die stärkere Kraft war, dann ist unmittelbar einzusehen, dass die Paarung g+g- bzw. g-g+ die stabilste war, da beide Kräfte attraktiv wirkten. Die g+g+ und g-g- Teilchen lagerten sich um in g+g- Teilchen ((g+g+)  +  (g-g-)   = 2 (g+g-)). Damit waren  nahezu alle Teilchen ohne ein a ausgefallen. Ab hier folgt nun unter Beachtung der Ergebnisse des Kapitels "Gibt es ein Urteilchen" in der Folge die oft beschriebene Entwicklung ähnlich zur Standardtheorie.

Adipole sind elektrisch neutral und antigravitativ. Solche Teilchen befinden sich in den Zeilen 12 und 15. Teilchenpaare der Zeilen 8,9,11,14,16 entstanden zu keiner Zeit. 

In Tabelle 2 (nachher) sind die Paare wegen der unterschiedlichen elektrischen Ladungen stabil. Reagierten aus Tabelle 2 Teilchen der Zeile 4 oder 7 durch Anlagerung, so ergäbe sich folgende Situation:

 

 

 

Zeile

Paarung

vorher

nachher

identisch mit Zeile

1

g+g+

+

-

-

2

g+g-

+

+

5 gravitativ

3

g+a+

-

-

-

4

g+a-

-

+

13

5

g-g+

+

+

-

6

g-g-

+

-

-

7

g-a+

-

+

10

8

g-a-

-

-

-

9

a+g+

-

-

-

10

a+g-

-

+

7

11

a+a+

-

-

mit 16 Adipol

12

a+a-

-

+

Adipol

13

a-g+

-

+

4

14

a-g-

-

-

-

15

a-a+

-

+

Adipol

16

a-a-

-

-

mit 11 Adipol

Verbleibende Zeilen mit a- und g- Teilchen sind:

Zeile

Paarung

oder

vorher

nachher

nach Reaktion 1

nach Reaktion 2

4

g+a-

a-g+

-

+

g+g-a+a-

(g+g-)

(a+a-)

7

g-a+

a+g-

-

+

Wie Adipole antigravitativ und neutral gegenüber elektrischen Ladungen sind, so wären diese Vierer-Teilchen sowohl gravitativ und elektrisch neutral gegenüber anderen Teilchen (Vorletzte Spalte). Seine 4 Komponenten sind die des H. Zerfielen die H-Teilchen in Teilchen mit entgegengesetzten Spins (+1; -1 Bosonen), so hätten die Komponenten in der ersten Tabelle den Spin 1/2, Adipole danach also den Spin 1, die Vierer-Teilchen den Spin 2. Natürlich sind das Spekulationen.   

Reagierten die Teilchen jedoch entgegengesetzt zur Annahme gemäß (g+a-)+(g-a+)= (g+g+)+(a+a-) dann entstünden keine Viererteilchen, sondern Adipole und gravitative Massen (letzte Spalte). Auch hier geht es nur um denkbare Modelle. 

Wie aber reagieren die g+g- Dipole miteinander? Sie können vielgliedrige Ketten, Ringe, Ebenen und Würfel bilden. Der einfachste Ring besteht aus drei Dipolen, der sich um zwei Verbindungslinien faltet  (Teilchen 2-6 und 3-5; Zählweise analog zum Benzolring) und Oktaederform annimmt. Damit liegt das räumliche Modell des oben eingeführten u°-Quarks als Boson vor. Zwei dieser u°-Quarks können durch Ladungsaustausch unmittelbar in uu'- oder dd'- Quark-Paare disproportionieren. Damit ist der Anschluss an das obige Kapitel "Gibt es ein Urteilchen?" gewonnen.

Im Endzustand sind alle verbliebenen Teilchen Dipole, die bei Rotation Spin und  magnetisches Moment aufweisen. Sie bewirken in ihrer Umgebung Drehmomente auf andere Dipole, so wie es jeder Chemiker beim Einschalten seines Magnetrührers beobachtet. Mit diesem Teilchenbild werden so Magnetkräfte auf die Elektrokraft reduziert.   

Anzumerken ist, dass unmittelbar nach Zerfall des H gravitative Massen vorliegen, die aber nicht mit Strahlung wechselwirken. Qualitativ ist hier die Möglichkeit für eine Annahme "Dunkler Materie" als Zwischenstufe bei der Materiebildung einzusehen.

Ausgang für alle Teilchen war das H-Teilchen, das hypothetisch bei abnehmender Gravitationskraft  instabil wurde und diese Reaktionskette einleitete. Im Falle sehr großer Gravitationskräfte, sollten H-Teilchen wiederum stabil sein. Dann muss die Rückreaktion ablaufen. Die Reaktion wäre also reversibel. Solche Gravitationskräfte liegen jedoch auf oder in Schwarzen Löchern vor. Das begründet die Annahme einer Abstrahlung von H-Teilchen aus dem Schwarzen Loch (SL). 

Nach diesem Modell liegen positive und negative Ladungen in gleicher Anzahl im Universum vor. Das Mengenverhältnis der Teilchenarten ist 1. Hier sei an die umfangreiche Untersuchungen Eddingtons, Einsteins, Diracs erinnert, wie sie ausführlich von John D. Barrow(1)  beschrieben wurden. Bei einer vollendeten Physik sollten die Verhältnisse aller Elementarteilchen zueinander kleinere ganze Zahlen sein.  Mit den Vorstellungen, wie sie im Abschnitt über "Urteilchen " beschrieben wurden, mit der versuchsweisen Berechnung der Nukleonengewichte aus den Komponenten ist auch dort die Ermittlung des Zahlenverhältnisses gegeben.

Unverständlich sind aber, wenn man diese streng korpuskulare Beschreibung des Materieaufbaus und der Materieentstehung fortsetzt, die Darstellungen von Zerfallsbilder, wie sie in Hochleistungs-Ringbeschleunigern erzeugt werden. Ganze Teilchenschauer, wie sie bei den hochenergetischen Streuprozessen erzeugt werden, sind sicherlich nicht in den miteinander reagierenden Teilchen vorhanden. Solche Reaktionen werden heute beschrieben mit relativistischen Teilchenmassen, die letztendlich rechnerisch kinetische Energien in gravitative Massen umrechnen. Hier könnte sich erweisen, dass zusätzlich weitere Teilchen in großer Zahl in den Nukleonen, ähnlich wie in SL,  eingeschlossen sind.  Die lokal große Dichte in Baryonen stabilisiert dort deren Existenz. Erst beim Eintrag der kinetischen Energien der Stoßpartner werden der Zerfall und damit die Teilchenentstehung ausgelöst, die auch dort überwiegend zu symmetrischen Zerfällen führt. Stabil sind sie in der nächsten Umgebung der Valenzquarks und Gluonen. Sind so die sogenannten "dressed quarks" zu verstehen?

Die Erkenntnisse aus dem HERA-Experiment (2) sind dann leicht bildhaft zu deuten, wenn man die geschilderten valenznahen Teilchen als die "wee"-Partonen ansieht, wie sie Feynman einst annahm. Statt der Gluonen kann man diese Partonen als die nichtelektrischen Teilchen ansehen. Werden sie von den stoßenden Teilchen, deren Energie für tief-inelastische Stöße ausreichen, getroffen, so zerfallen sie unter Aussenden von Adipolen in gravitative Massen, wie sie in den Streuexperimenten gefunden werden.   Die entstehenden Teilchen sind dabei "Compounds", die, wie die kleinen Zerfallszeiten zeigen, schnell zerfallen in die bekannten Quarks und Leptonen. Entstehende Adipole entweichen, so dass die Reaktionen irreversibel sind.  Wieder ähnlich, wie beim "Urknall" angenommen wird. 

Bei den Überlegungen zur Dichte der „Singularität“ des Schwarzen Loches war angenommen worden, dass sich +m/+e und +m/-e ähnlich dem NaCl-Gitter anordnen. Bei +m wären das kondensierte neutrinoähnliche Teilchen mit geradem inneren Spin, bei –m dagegen nicht kondensierbare Adipole mit geradem inneren Spin.  Sind aber hier die Einzelteilchen in positive und negative Anteile separierbar? Falls nein, dann sind die Teilchen jeweils einer Art nicht unterscheidbar. Wenn auch hier die Theorie für Bose-Einstein-Kondensate anwendbar wäre, dann kann für das Teilchen mit Gl.(1) aus (5) eine „Thermische de Broglie-Wellenlänge“ von

Λ = 2.8 mm / T^0.5

ermittelt werden. Das heißt: Selbst bei sehr hohen Temperaturen wäre die Vorstellung von nicht unterscheidbaren Teilchen im Nukleon erlaubt und damit Kondensation möglich. .

Bei 2,7 K beträgt die de Broglielänge 1,6 mm, was bedeutet, dass bei kleineren Teilchenabständen, also insbesondere bei 0.4 mm) die massiven Teilchen kondensieren. Das ist notwendig, wenn die von „schwarzen Löchern“ abgestrahlten H-Teilchen nach dem Zerfall wieder zu Sternen kondensieren.

Über diesen Mechanismus können Teilchen massiv werden. Aber sogleich tritt die Frage auf, was eine Begrenzung der Massenzunahme nach oben verursacht. Falls die Teilchen anfangs durch Kondensation wuchsen, so erreichten sie nach Abkühlung bis etwa 10+24 K eine thermische de Brogliewelle von etwa 1 fm, was bedeutet, dass bis zu diesem Volumen Teilchen durch Anlagern von  u°u°  oder g+g- Paaren kondensieren.

Division des Nukleongewichtes (1,6*10-27 kg) durch das im ersten Teil ermittelte Adipolgewicht (stellvertretend für das Neutrinogewicht), ergibt etwa 10+12 g+g- Paare als kondensierte Masse.  

Das stützt die Vorstellung, dass die Dichten in Quarks und Singularitäten Schwarzer Löcher von gleicher Größe sind.

Gleiche Überlegungen zur „Thermischen de Broglie-Wellenlänge“sollten auch für die Adipole gelten. Da sie aber als „Quasigitter“ das Universum ausfüllen, ist das dann sicher auch bedeutsam für die Diskussion über Kohärenz/Dekohärenzfragen.

Eine weitere sehr leicht vorstellbare Möglichkeit ist, dass das gesamte Universum mit den "masse- und ladungslosen" H-Teilchen ausgefüllt ist. Das Verhältnis der übrigen Teilchenarten wird dadurch nicht verschoben.

Immer, wenn ein H-Partikel angeregt wird, zerfällt es in Teilchen und Antiteilchen (Adipol und Elektron-Neutrino), so dass der Saldo erhalten bleibt. Zusammen mit einer anschließenden Rückreaktion können so Quantenfluktuation im Vakuum erklärt werden, die mit kurzzeitigem "Borgen" von Energie aus dem Vakuum immer schwer einsehbar sind. 

Dann ist aber auch bei bestimmter Temperatur und passender Aktivierungsenergie ein dynamisches Gleichgewicht von vollständigen und dissoziierten H-Teilchen denkbar, so dass im Mikrobereich Massen kurzzeitig entstehen und verschwinden. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist das aber mit einer kurzzeitigen Krümmung des Raumes (Raumzeitschaum) verbunden(3).

Dieser Vorgang entspricht dem seit langer Zeit in der Chemie bekannten Prinzip von Le Chatelier, wobei die Konzentrationen der Edukte und Produkte bei Änderung der Umweltvariablen sich so verändern, dass der Änderung der Variablen entgegengewirkt wird (Beisp: Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese). Der Zerfall der H-Teilchen im weiteren Umfeld des SL erzeugt neben neuer Materie und Sternen Adipole, die die lokale Konzentration bis zur Oberfläche des SL erhöhen. Bindung der Adipole dort mit der Materie des SL erzeugt neue H, die ihrerseits wiederum entweichen. Wäre die Enthalpieänderung bei der Reaktion bekannt, so wären mittels Massenwirkungsgesetz neben der Konzentration von Adipol- (aus Lichtgeschwindigkeit ! ) auch die der H-Teilchen im Bereich des SL, aber auch in den großen sternfreien Leerräumen zu bestimmen.

In der Umgebung des SL ist die Konzentration der Adipole größer; daher muss dort die Permittivität εo des Vakuums größer, die Lichtgeschwindigkeit kleiner sein. Folge wäre eine Ablenkung von Lichtstrahlen, die tangential das SL passieren; eine Analogie zu gebeugten Sonnenstrahlen in der Erdatmosphäre.      

In der Elektrostatik sind Feldstärke, elektrostatisches Potential, Energie des elektrischen Feldes mit Verwendung der Influenzkonstante εo definiert, die aber proportional zur Anzahl der Adipole mit N = 0 ebenfalls Null ist. Da aber wegen der Symmetrie Adipole und elektrische Ladungen parallel entstehen, bleibt die Feldstärke mit E = Q/4πr²εo als Grenzwert endlich.

 

Modell des "Gravitons"?

Im beschriebenen Modell ist es gelungen,  elektrostatische und elektrodynamische Kräfte durch Teilchen, Adipole, zu beschreiben. Wegen des dipolaren Charakters vermag das Teilchen nur zu binden zwischen ungleichen elektrischen Ladungen. Gleichartige Ladungen werden abgestoßen. Wichtigste Eigenschaft ist daher der vermittelnde Dipolcharakter.

Folgendes Gedankenexperiment möge ein Konzept für die Gravitation versuchen:

Zwei große Massen mit jeweils einem positiven Ladungsüberschuss ziehen einander gravitativ an. Es werden jetzt schrittweise von beiden elektrisch neutrale Teilmassen entfernt. Nach endlich vielen Schritten werden die Massen einander abstoßen, da nunmehr die elektrischen Ladungen einander abstoßen. Beträgt die Ladung +e (mit e als Elementarladung), so beträgt die korrespondierende Masse 1,9*10-9 kg (Größenordnung der Planck-Masse: ca. 10-8 kg).

Könnte man nun die Massen schrittweise reduzieren bis zum Gewicht eines Protons (1.67E(-27) kg), so reduzierte man die Gravitationskraft wegen des Quadrates der Masse um rund 10^[2*(-27 + 9)], also um den Faktor 10-36, wie die klassische Physik es in etwa fordert.

Da e oder auch 1/3 e die kleinstmögliche Ladung ist, können Teilchen mit kleinerer Masse, falls sie gleiche Ladung tragen, nicht gravitativ kondensieren oder, da nach obigem Konzept kein Teilchen ohne elektrische Ladung existiert, sind antigravitative Massen außer Adipolen nicht möglich. Es bedarf also einer verhältnismäßig großen Masse, um die Elektrokraft zu überwinden.

Antigravitative Adipole wirken stets abstoßend; sie können also nicht als Kombination oder in anderen Strukturen gravitativ wirken.  Dagegen können H-Teilchen nach Zerfall mit Adipolen gravitative Ketten bilden:

Die folgenden Darstellungen dienen nur zur Visualisierung der Vorstellungen.

MM = Makroskopische Masse

MM + H  + Adipole =

 

MM + m+e- …  +e-m   ………Adipole………..    -m+e --- -e-m + MM      

MM + m+e+ … -e -m   ………Adipole………..    -m+e --- -e-m + MM  

 

Oder mit 2 Möglichkeiten der Ankopplung: 

 

 MM + (g-  …  a+)a-a+a-a+a-  …(   )…a+a-a+a-a+(a-  …  g+) + MM

 MM + (g+ …  a -)a+a-a+a-a+ …(   )…a-a+a-a+a-(a+ …   g-) + MM

 

 

MM + (g-  …  a+)a-a+a-a+a-  …(a+)…a-a+a-a+a-(a+ …     g-) + MM

MM + (g+ …  a -)a+a-a+a-a+ …(a- )…a+a-a+a-a+(a- …    g+) + MM

 

Die mittlere Klammer zeigt, dass immer eine alternierende Ladungskette mit weiteren, immer verfügbaren Adipolen möglich ist. Damit sind solche Konstrukte immer attraktiv.

 

Wären die MM, was oben ausgeschlossen wurde, antigravitativ, entstünde ein umgekehrt antigravitatives Konstrukt.

Die gravitativen g des H-Teilchens orientieren sich auf beiden Seiten zur gravitativen Masse hin. Daran schließt ein Adipol aus dem H-Zerfall an. Weitere Adipole lagern sich an, wobei – gedanklich – beide Ketten parallel zu Viererblöcken zusammengefasst werden, die elektrisch neutral, mit Spin 2 als „Graviton“ vermutet werden.

 

|a-a+| |a-a+| |a-a+| |a-a+| |a-a+| |a-a+| |a-a+| |a-a+|

|a+a-| |a+a-| |a+a-| |a+a-| |a+a-| |a+a-| |a+a-| |a+a-|

 

Ferner ist die Annahme, dass das gesamte Universum mit diesem Neutralteilchen H ausgefüllt ist, kaum zu widerlegen - aber auch kaum zu beweisen. Die Gesamtteilchenbilanz wird nicht beeinflusst.

Insbesondere die letzten Abschnitte sind spekulativ, sollten aber nur zeigen, dass auch für die Gravitation auf Teilchenbasis Wechselwirkungsteilchen denkbar sind.  Obwohl in der Hochenergiephysik in der Theorie fast immer mit Feldtheorien gearbeitet wird, so sind doch letztlich immer definierte Teilchen das Endziel, wie die inzwischen umfangreichen Tabellen von Nukleonen, Hyperonen, Mesonen, Leptonen zeigen.

Erinnert sei hier auch an die Maxwell’schen Feldlinienröhren; und ebenso wurden kettenförmige Adipole als Vermittler zwischen elektrischen Ladungen angesehen.

Falls dieses Modell hält, sollten Gravitonen die Spinzahl 2, Adipole dagegen 1 aufweisen. Als Gas behandelt sollten Adipole der Bose-Einstein-Statistik gehorchen, die bei tiefen Temperaturen in die Boltzmann-Verteilung übergeht. Dann ist ein einfacher Übergang zum Planck’schen Strahlungsgesetz und damit zur Hintergrundstrahlung gegeben.  

 

Die Wellenmechanik beschreibt befriedigend die Struktur des Atoms mit Orbitalen, deren Formen für die Struktur chemischer Verbindungen maßgebend sind. Warum aber ordnen sich die Elektronen so an?  Ein Analogon ist die schwingende Platte, die, bestehend aus einer Unzahl kleinster Teilchen, Schwingungen unter Beachtung der Randbedingungen ausführt. Dadurch werden Sandkörner oder Bärlappsamen in der bekannten Anordnung  als Chladni-Bilder lokalisiert. Ist es denkbar, das auch die großen Leerräume im Atom mit kleineren Teilchen besetzt sind, die in Analogie zu den Sandkörnern die Elektronen positionieren? Jedes mit seiner spezifischen Energie? Bei Wechselwirkung mit anderen Teilchen werden sich die Orbitalformen unter Energieaufahme - oder - abgabe ändern. Die neue Form  wird gedämpft einschwingen und in die Umgebung eine begrenzt lange Schwingung abgeben und so als Soliton eine fokussierte Adipolwelle auslösen.

All das lässt vermuten, dass Teilchen, bzw. die Einzelteilchen in zusammengesetzten Partikeln gleiche Massendichte besitzen, letztlich jene, wie sie weiter oben für das Schwarze Loch gefunden wurde. Dann hätte das kleinste Teilchen, wie es unter Urteilchen beschrieben wurde, einen Durchmesser von etwa 1E(-25) m (aus: Adipolgewicht und Durchmesser nach Cowan u.Reines), der sich in die Reihe der fallenden Teilchendurchmesser einreiht. 

Angesichts heutiger Bilder und Modelle erscheinen die Vorschläge befremdend, aber die Vorstellungen von Wurmlöchern, aufgerollten Raumdimensionen, Leben auf Branen etc sind es sicher ebenso, und die aktuellen Wanderungen in frühere Universen bei rückläufiger Zeit sind wohl ein neues Gebot der neuzeitlichen Kosmologie. 1571

(1) Barrow, John D., Das 1x1 des Universums, Campus 2004

(2) Caldwell,A. und Grindhammer,G. Physik Journal 6 (2007) Nr.11 "Im Herzen der Materie"

(3) Greene,B. Der Stoff,aus dem der Kosmos ist, Goldmann 2008, S.376

(4) Penrose,R. Computerdenken, Spektrum-Verlag 

(5) http://stephanhartmann.org/Hartmann_BEC.pdf 

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