So sagte der Nobelpreisträger Richard Feynman über die Stringtheorie:
„String theorists don't make
predictions, they make excuses.“
(Stringtheoretiker machen keine Voraussagen, sie erfinden
Ausreden.)
Ein neues
Teilchen als Hypothese zu kreieren, wie es in den vorausgehenden Kapiteln geschah, war nur sinnvoll, weil es mit den
bekannten Fakten kompatibel und darüber hinaus ein gewisses Erklärungspotential
für ungelöste Probleme zeigte. Nur deswegen das folgende Kapitel.
Die
Vielzahl der elementaren Bausteine regt immer wieder dazu an, einen Urbaustein
zu suchen. Dieser Vorschlag versucht, basierend auf den heutigen Kenntnissen, ein
erweitertes Modell zu entwickeln.
Lederman
u.a. nehmen Quarks und Leptonen als Basisbausteine
an. Feynman dagegen vermutete für beide Teilchenarten einen gemeinsamen
Urbaustein. Es ist sinnvoll, einen solchen anzunehmen und deduktiv eine
Darstellung aller Teilchen zu versuchen. Dabei bleibt rätselhaft, was ein
Urbaustein letztlich ist.
Feynman bemerkte einmal
sinngemäß, dass Franklin, hätte er bereits von Quarks gewusst, dem Elektron
wohl die Ladungszahl -3 zugeteilt hätte. Er impliziert damit, dass das Elektron
aus drei solchen Urteilchen besteht. Hier soll es mit 6 versucht werden, d.h.,
die Urteilchen tragen die Elementarladung (+/-)1/6.
Die
Frage, wie 6 solche Teilchen mit negativen und positiven Ladungen eine
Verbindung eingehen und Strukturen bilden, bleibt offen. Auch bei den
vielen Zerfallsprodukten, wie sie heute beobachtet werden. Andererseits werden
Nukleonen auch nicht Geldbeuteln mit unterschiedlichen Münzwerten als Inhalt
ähneln. Bei Atomen und Atomkernen führten erst Schalenaufbau und Orbitale zu
tieferem Verständnis.
Auf der
Suche in der Natur nach irgendeiner Begründung für die Zahl 6 waren nur die 3
Raumdimensionen naheliegend, was aber spekulativ ist und nur ein
Ordnungsprinzip sein soll. So sollen Elektron und Positron aus 6 Teilchen
bestehen, die, auf den Achsen in gleicher positiver und negativer Entfernung
vom Nullpunkt gedacht, ein Oktaeder bilden. Es ist auch eine Anordnung analog
zum ringförmigen Benzolring denkbar, der bei zwei Liganden drei Strukturen (Ortho-, Meta- und Para- Anordnung; Analogie zu drei Farben
QCD?) zulässt und durch Umklappen der Benzolringspitzen ebenfalls leicht zu
einem Oktaeder deformiert werden kann. Ein solches Modell weicht absolut von
aktuellen Darstellungen ab. Solche Oktaeder werden Schwingungen ausführen; die
Teilchen selbst wegen des Pauli-Prinzips unterschiedliche Quantenzahlen
aufweisen. Ferner sind damit neutrale Teilchen (einzige Ausnahme
später) nicht möglich; jeder Baustein besitzt Masse, Ladung, Spin und
unterliegt der Gravitation, der Elektrokraft und der Spinwechselwirkung.
Kombinationen
aus 6 Teilchen werden entlang den drei Raumachsen angeordnet, so dass die Form
eines Oktaeders entsteht. Da wir trotz der verschiedenen Stringtheorien
nur 3 Raumachsen wahrnehmen, war dies eine sinnvolle erste Annahme für die Zahl
6. Damit sind bei Nichtbeachtung isomerer Symmetrien (!) im Hinblick auf die
elektrischen Ladungen folgende Teilchen möglich:
Modellierung
mit 1/6-Elementarladungen
|
Positionen |
Ladungen
in 1/6 Einheiten |
entspricht
|
elektr.Ladung / e |
MeV/c² |
Baryonenzahl |
|||||
|
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
+6 |
Positron |
+1 |
0.5 |
0 |
|
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
-1 |
+4 |
u-Quark |
+2/3 |
5.0 |
+1/3 |
|
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
-1 |
-1 |
+2 |
d'-Quark |
+1/3 |
7.0 |
-1/3 |
|
+1 |
+1 |
+1 |
-1 |
-1 |
-1 |
0 |
u°-Quark |
0 |
145
(siehe unten) |
0 |
|
+1 |
+1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-2 |
d-Quark |
-1/3 |
7.0 |
+1/3 |
|
+1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-4 |
u'-Quark |
-2/3 |
5.0 |
-1/3 |
|
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-6 |
Elektron |
-1 |
0.5 |
0 |
u', d'
sollen u(quer), d(quer) bedeuten.
Wenn für
Quarks 1/3- bzw 2/3- Ladungen charakteristisch sind,
dann wäre u° nicht als Quark anzusehen. Hier soll dieser Name jedoch genutzt
werden.
Zur Darstellung
von Elektron und Positron als zusammengesetzte Teilchen sei Gell-Mann
zitiert: "Wenn sich - was heute unwahrscheinlich anmutet- herausstellen
sollte, dass die Quarks ihrerseits zusammengesetzte Gebilde sind, dann müsste
auch das Elektron ein Kompositum sein" (2).
Neben
Elektron, Positron, den bekannten Quarks ergibt sich das Nullquark (u°) in der
Form 1,1,1,-1,-1,-1. Dieses Quark ist dann von Bedeutung, wenn man die
bekannten Reaktionen im Sinne einer Buchhaltung für die elektrischen
Ladungen durchführt. Sogenannte Seequarks werden heute zusätzlich zu den
Valenzquarks in den Atomkernen angenommen. Weitere unterscheidende
Quantenzahlen für solche Zusammenballungen in den Sechsergruppen bleiben
unberücksichtigt. Jedoch ist unmittelbar plausibel, dass im Hinblick auf das
räumliche Koordinatenkreuz Teilchenaustausch in Positron und Elektron ohne
Bedeutung ist. Die Position der Einzelladung beim u- bzw. u'-Quark ist wichtig
falls eine Vorzugsrichtung physikalisch gegeben ist. d- und d'-Quark bieten zwei,
das u°-Quark drei Isomere. Allein nach den Gesetzen der Elektrostatik ergeben
sich daher unterschiedliche Energieinhalte der angenommenen Strukturen, die
aber wohl nur innerhalb der Nukleonen wirksam werden, da freie Quarks nie
beobachtet wurden.
Ergänzend
sei darauf hingewiesen, dass eine Spiegelung um die u°-Zeile der Tabelle
jeweils Teilchen in Antiteilchen überführt. In der Natur hieße das, Materie in
Antimaterie umzuwandeln. Aber eine Deduktion, warum die Natur
Materie bevorzugt, die Konsequenz der Baryonenasymmetrie, kann die Darstellung
nicht erklären.
Die
folgenden Gleichungen erinnern stark an die Reaktionsgleichungen der Chemie.
Dort müssen auf beiden Seiten der Gleichung die Anzahl der beteiligten
Atomarten, wenn auch in anderen Verbindungen, übereinstimmen. Solche
Gleichungen besagen aber nichts über die Reaktionsrichtung; hierfür sind
energetische Fragen entscheidend. Es soll dabei nur geprüft werden, ob längst bekannte
Reaktionen mit solchen Sechserdarstellungen verträglich
sind. Einflüsse von Spin, Formfaktor und Ladungsverteilung,
Wirkungsquerschnitt und Strukturfunktionen werden an anderen Stellen
detailliert erklärt (4).
Die
Darstellung ist einfach, wenn man die beschriebenen Sechserblöcke für die
jeweiligen Quarks fallweise um ein oder meistens zwei u° ergänzt,
untereinander schreibt, einen oder zwei Sechserblöcke für ausgestoßene Teilchen
(etwa Elektron oder Positron) herausstreicht. Das daraus resultierende Teilchen
ist das neue Produkt. Die Herkunft der u° wird später behandelt.
Die
Akzeptanz eines Neutralquarks u° deutet viele Gleichungen. Doch dabei wird nur
die Ladungsbilanz, nicht die Energieumsetzung beachtet. Die
Reaktionsrichtung kann nicht ermittelt werden. Spins sollten ebenso
berücksichtigt werden. Insgesamt ist das u° wichtig zum Verständnis der
Reaktionen. Da das u° elektrisch neutral ist, könnten beliebig viele einzeln
oder als Paar im Nukleon vorliegen. Dafür müssten aber wegen des Pauli-Prinzips
weitere unterscheidende Strukturen ähnlich zum Schalenaufbau für Elektronen im
Atom vorliegen.
In der
Theorie wird darauf verwiesen, dass Gluonen im Nukleon Quark-Antiquark-Paare
bilden. Mit u°-Quarks lautet diese Reaktionen als Bruttoformel:
2 u° = uu' oder dd'.
(1,1,1,1,1,-1) + (1,-1,-1,-1,-1,-1) oder (1,1,-1,-1,-1,-1)+(1,1,1,1,-1,-1)
Falls
z.B. die d und d‘ im Proton für kurze Zeit existieren, entsteht ein Pentaquark, uuddd‘ über das in Spektrum.d.W 9/2009/S12 berichtet wird. Zu erwarten wäre dann auch ein Neutron uuu’dd.
Auch
gilt:
2 u°
= (1,1,1,-1,-1,-1) + (1,1,1,-1,-1,-1) à
(1,1,1,1,1,1) +
(-1,-1,-1,-1,-1,-1) = Elektron + Positron
Sind u°
Bestandteile von Gluonen? Oder sind Gluonen eine Paarung zweier u°? Das
Sechser-Modell erlaubt ebenfalls drei isomere Strukturen für das u°.
Quarks u,
d, u', d' tragen die Baryonenzahl 1/3 bzw. -1/3. Die Paarung u°u° den Wert 0.
Die
folgenden Gleichungen beschreiben bekannte Reaktionen von Nukleonen.
Bei der Sonnenenergieerzeugung
werden als Saldo zwei Protonen in Neutronen umgewandelt
2u° + proton = neutron + positron +
3*neutrinos
2*(1,1,1,-1,-1,-1)+(1,1,1,1,1,-1)(1,1,1,1,1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1)
=
(1,1,1,1,1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1)+(1,1,1,1,1,1)+3*(+1,-1)
Die
Bruttogleichung ergibt (unter Beachtung der Zerstrahlung von
Neutrino-Antineutrino-Paaren):
4u° + 2 protonen = 2 neutronen + 2 positronen + 2 neutrinos
Die Leptonenzahl auf beiden Seiten der Gleichung ist
Null.
Wenn man
ein umfassendes Teilchenmodell konzipiert, dann ist Annihilation nicht
definiert. So ist
e+
+ e- → 2γ + 1,022 MeV
zu
ersetzen durch
e+
+ e- → 2 * (νe + νe + νe )
Höhenstrahlung:
Gamma +
Proton = Neutron + π+ ergibt:
uud + 2u° = udd + ud'
Denkbar
ist, dass das Strahlungsquant zunächst die u° eines Atomkerns aktiviert und so die
Reaktion einleitet.
p + n = n
+ n + π+ ergibt
uud + udd + 2u° = udd + udd + ud’ = 2n + π+
Hier
tritt keine Strahlung zur Aktivierung der u° auf, vielmehr kinetische Energie.
Paarbildung:
Aus 2u°,
die nur in Materie vorliegen, entsteht das Paar. Daher im Vakuum nicht
möglich.
2u° = e+
+ e-
oder
Meson und Antimeson. Regt Gammastrahlung u° an? Entsprechend lautet in
Sechserblock 2 u°
(1,1,1,-1,-1,-1)
+ (1,1,1,-1,-1,-1) = (1,1,1,1,1,1) + (-1,-1,-1,-1,-1,-1)
Solche Reaktionen
werden auch häufig in Feynman - Diagrammen gezeigt, wobei im Nukleon ein
Gamma-Quant kurzzeitig ein Elektron-Positron-Paar bildet.
Paarvernichtung:
Teilchen
und Antiteilchen enthalten in der Summe gleich viele +1 und –1, woraus (+1,–1) Kombinationen als Neutrinos
entstehen. Dieser Vorgang ist auch im Vakuum möglich, weil keine u° notwendig
sind.
Neutrinos
Die in
der Tabelle benutzten Teilchen sind elektrisch positiv oder negativ. Ein
Neutralteilchen muss daher mindestens aus zwei Teilchen entgegengesetzter
Ladung bestehen. Damit ergibt sich als einfachstes Modell (+1,-1). Solche hantelförmige Dipole mit endständig entgegengesetzten
elektrischen Ladungen erzeugen trotz Spinmoment
in der Bewegungsrichtung keine magnetischen Vektoren. Sie sind daher bei
entgegengesetzt orientierten Spins nicht unterscheidbar (3). Es ist
naheliegend, sie als Spiegelbilder der nichtgravitativen Adipole
aufzufassen.
Neutronenzerfall:
n + 2 u°
= p + e- + νe + νe + νe = p + e- +
νe
Bei allen
bisherigen Gleichungen traten als Reaktionspartner immer zwei u° auf,
wovon in manchen Fällen eine u°-Sechserreihe übrig bleibt. Es ist angenommen,
dass ein Neutrino mit Antineutrino unmittelbar reagiert.
Protonenzerfall: (wenn er existiert)
Theoretiker
vermuten, dass magnetische Monopole M den Zerfall beschleunigen, wobei sie
selbst unverändert bleiben:
udu + M --> uu' +e+ +M
Im
Sechsermodell (ohne M) :
2*(1,1,1,1,1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1)
--> (1,1,1,1,1,-1)(1,-1,-1,-1,-1,-1) + (1,1,1,1,1,1) : p --> π° + e+
erkennt
man, dass keine Umsetzung, sondern eine innere Ladungsumschichtung geschehen
muss; dabei werden beide Erhaltungssätze verletzt. Für die folgende Gleichung
p = e+
+ n
uud + u° = e+
+ udd
genügt
ein u°. Dieses Ereignis tritt jedoch nicht auf, da notwendige u° durch Gluonteilung immer paarig auftreten. Das zweite u° kann
allein nicht existierten Für beide Erhaltungssätze gilt Gleiches. Mit
entsprechend aktivierten 2u° lautet mit Sechserblock bei Erhaltung beider Sätze
eine Gleichung
uud +2u° = udd + π+
wo π+
in μ+νμ
zerfällt.
Gluonen
und u°-Quarks
Jedes u°
hat (wie der Benzolring ) drei isomere Strukturen.
Falls ein Gluon eine Verbindung zweier u° ist, sind
(3*3 ) neun Konfigurationen und damit Übertragungsmöglichkeiten
( für die Farben (?) Rot,Blau,Grün) möglich. Jeweils
drei isomere Strukturen und drei Farben entsprechen einander. Falls beide
u° sich koppeln, wird eine Konfiguration fixiert: Damit bleiben 8 freie
Valenzen ( = 9 - 1 ).
Hier zeigt
es sich, dass Berücksichtigung einer Energiebilanz notwendig ist.
Neutronenbildung:
Bei der
Bildung von Neutronensternen entstehen für eine große Packungsdichte
Neutronen (inverser Betazerfall).
p + e(-)
= n +u°
uud +
(-1,-1,-1,-1,-1,-1) = udd + u°
oder mit
6-ser Blöcken
1 1 1
11-1
1 1
1 1 1-1
1 1 1 1
1-1 plus
-1-1-1-1-1-1 ergibt : 1
1-1-1-1-1 plus 1 1 1-1-1-1
1
1-1-1-1-1
1 1-1-1-1-1
Als
Reaktionsprodukt entsteht ein einzelnes u°-Quark. In der Literatur gilt dagegen
die Gleichung
p + e-
--> n + νe
Statt des
u° tritt dort ein Neutrino auf. Dies lässt erneut vermuten, dass u° in 3
Neutrinos zerfällt, wovon zwei sich annihilieren. Was bedeutet bei einem
Teilchenbild annihilieren? Übergang ins Vakuum, das viele Neutrinos enthält.
Andere
Umsetzungen:
Da die u°
elektrisch neutral sind, könnten sie sich mit normalen Valenzquarks
verbinden und schwerere Teilchen bilden. Das kann um so leichter der Fall sein,
da ja die 6 Urteilchen so verteilt sein können, dass 3 Teilchen einer
Ladungsart auf den positiven, die anderen auf den negativen Achsenabschnitten
liegen und so einen Dipol bilden. Eine solche Anlagerung könnte eine Analogie
zu der Reihe der Kerne von Wasserstoff, Deuterium, Tritium sein, wo neutrale
Neutronen an Wasserstoffkerne anlagern.
Gestützt
wird die Vermutung durch folgende Rechnung: Wenn man für u° eine Masse von 145 MeV annimmt, so ergibt du° = 7 + 145 = 152 MeV. Weiter sind im Dekuplett der
J=1/2 Baryonen z.B. die Massen von ddd, dds, dss, sss
in gleicher Reihenfolge 1232, 1385, 1530, 1672 MeV,
die Differenzen 153, 145, 142 MeV. Jede Umwandlung
von d in s ergibt eine Massenzunahme von etwa 150 MeV.
Damit entspräche dem du° das s-Quark, dessen Masse in der Literatur mit 150 MeV angegeben wird. Die gleiche Massenzunahme findet man
auch bei Mesonen mit offenem Charm (1): cd' + u° -> cs'. 1869 + 145 =
2014.
Formal
gilt dann:
s’-Quark
:
d'u° = {e+ + u'} = e+ +
u‘
s–Quark
:
du° = { e- + u } = e- +
u
u’u° = {e- + d’} = e- +
d'
uu° = {e++ d } = e+
+ d
Falls die
{ } als intermediäre Verbindungen angesehen werden, so haben nach Emission von
e+ bzw. e- die Ausgangsquarks nach Reaktion mit u° den Flavour ausgetauscht. Analoges gilt für die letzten
zwei Gleichungen.
Besonders
interessant ist die Behandlung des Proton-Antiproton-Stoßes.
Die bei den möglichen u+u’, d+d’,
d+u’ und u+d’ auftretenden Compounds aus 12 Basisteilchen mit in der Summe immer
gerader Ladung könnten in Verbindung mit 2u° kurzlebige instabile intermediäre
Zwischenprodukten bilden. Streicht man hier wiederum die bekannten austretenden
Teilchen aus, verbleibt (neben dem Neutrino) bei {W+} und {W-} das u°. Das {Z0}
zerfällt in zwei Sechserreihen (Positron und Elektron) wobei im Gegensatz zu
einer Reihe kein Neutrino ausgestoßen wird.
Die
Klammern { } sollen andeuten, dass im Standardmodell hier intermediäre Bosonen
der angegebenen Art auftauchen.
u + u’ =
{Z0} = e+ + e-
d + d’ = { Z0} = e+ + e-
Folgerichtig
interpretiert sollte das bedeuten, das bei den Reaktionen über {W+} und {W-0 zusätzlich
zu den ausgestoßenen Reaktionsprodukten ein u° entsteht.
u + d’ = {W+} = u° + positron +neutrino
d + u’ =
{W-} = u° + elektron + neutrino
Bei der
ersten Gleichung verbleiben 4 Sechserblöcke, die man unter Beachtung ganzzahliger
Ladungen nur als d-u’ oder u-d’, also als π+ und π-
ansprechen kann. Diese zerfallen als Resultat der weiteren Buchhaltung in e-,
Neutrino und u° bzw. e+, Neutrino und u°. Hier kann nicht gesagt
werden, ob die u° als Neutrinos austreten oder als Neutralteilchen den e+
oder e- anhängen und so schwerere Leptonen
der gleichen Familien bilden.
Im Fall
der zwei anderen Gleichungen entstehen jeweils 2 e+ und 2 e-
sowie 2 Neutrinos und 2 u°. Wiederum kann über den Verbleib der u° nichts
gesagt werden.
Bei all
diesen Überlegungen handelt es sich nur um die Bilanz der Ladungen. Für eine
theoretische Bestätigung müssen Spins und magnetische Momente der Basisteilchen
in Rechnung gestellt werden. Falls sich das magnetische Moment mit der
Abkürzung K=(e*h/(4*π*c)) analog denen von Proton (2,785*K /Masse des
Protons) oder Elektron (K/Masse des Elektrons) ergibt, so wäre es wegen der
sehr geringen Masse der Teilkomponenten extrem groß. Hier könnte eine Erklärung
für die Bindung von 6 Teilchen mit je 1/6 der Elementarladung zu finden
sein. Auch ist nicht anzunehmen, dass die sechs Komponenten der Teilchen
eine starre Struktur bilden; Schwingungen der Subsysteme sind eher zu vermuten.
Weitere
Ergebnisse:
Die
Gleichung Hyperladung Y = A – S mit A = Baryonenzahl
und S = Strangeness gilt weiterhin, wenn in A nur
Ladung tragende Quarks eingerechnet werden (Anzahl Quarks minus Anzahl
Nullquarks / 3 ). Subtraktion von S, bedeutet, dass
nach obigem Bild die neutralen u° in schwereren Quarks mit Ladung
unberücksichtigt bleiben.
Beispiele
:
(K+)
su’ = (d +u°)
+u’
Baryonenzahl = + (1 + 0 – 1)/3 =
0
Strangeness-1
Hyperladung = 0 –1 = -1
Hyperon
Ξ-
dss =d+(d+u°)+(d+u°)
Baryonenzahl = +(1 + 1 + 1 )/3
=
1
Strangeness = 0 + 0 – 1 + 0– 1 =
-2 Hyperladung= 1 – 2 = -1
Verfolgt
man den Zerfall des Hyperons, so wird zunächst d+d+u°
ein u° verbraucht, wobei ein d’ entsteht. Dieses setzt sich mit dem zweiten d
und u° aus dem zweiten s in π+ und π- um. Die Strangeness wird wegen des notwendigen Zwischenproduktes d’
in zwei Stufen reduziert. Damit wird der Begriff Strangeness
zu einer anschaulichen Größe.
Weitere
Modelle
Trägt man
für Neutron oder Proton nur zur Modellierung die Valenzquarks auf den
Ecken eines gleichseitigen Dreiecks auf, so müssen auf den Seiten die
jeweiligen Gluonen als bindende Teilchen wirksam sein, die aber im vorliegenden
Bild durch u°Quarks zu ersetzen sind. Die
bindenden Teilchen entstehen durch Umlagerung. Aus 6 u°Quarks
kann eine Lösung gefunden werden, wenn 3 u und 3 u' entstehen, und
jeweils eine Paar auf der Seitenlinie platziert wird.
Die zwei
u°- Quarks auf jeder Seite gehen keine Verbindung ein, sonst bildeten sie
π° Mesonen, wie sie früher als bindende Teilchen angesehen wurden.
Gleiche
Resultate werden erhalten, wenn statt der u-u' Paare d-d' Paare gewählt werden.
Es ist
aber auch ein u-d' Paar (analog π+) möglich, wenn auf
einer anderen Seite u'-d Paar (analog π-)
auftritt. Modellhaft stellen die zwei Quarks gespannte, schwingende
Saiten zwischen den beiden Eckpunkten dar. Schneidet man gedanklich diese Saite
als Verbindung heraus, so geht die Schwingungsenergie verloren, und die Paare
treten als die entsprechen Mesonen aus dem Verbund heraus.
Unter den
geschilderten Annahmen werden die richtigen Ladungsbilanzen erzielt. Darüber
hinaus kann man nunmehr durch Summation über die Ruhemassen die Massen
von Proton und Neutron ermitteln.
Proton:
6 u° + 2u + d = 6*145 + 2*5 + 7 = 887 MeV/c²
Neutron: 6 u° + u + 2d = 6*145 + 5 + 14 = 889 MeV/c²
Dabei ist
zu beachten, dass 145 MeV für das u°-Quark geschätzt
war; 150 MeV ergäbe nahezu
die richtigen Ergebnisse. Größenordnung und Rangfolge stimmen aber.
Valenzquarks
u und d sind dabei von geringer Bedeutung; die 6 u°-Quarks sind bestimmend für
die Nukleonmassen. Es fällt auf, das auch Mesonen,
Hyperonen, auch Resonanzmesonen und - baryonen
Intervalle von 140 -150 MeV oder ein vielfaches
auftreten. Das mag die Existenz des u°-Quarks erhärten.
Kaonen
Mit
Verwendung der oben gewonnenen Annahmen für s- und s'-Quark
(du° und d'u°) entstehen (nach Gerthsen, 20.Aufl, S.724) folgende Darstellungen:
K+
-> us‘ -> du‘u°
12*(1/6)
6*(-1/6)
Gesamtladung: +1
K° -> ds‘ -> dd‘u°
9*(1/6)
9*(-1/6)
0
K‘+
-> su‘ -> du°u‘
6*(1/6) 12*(-1/6)
-1
K‘° ->
sd‘ -> du°d‘
9*(1/6)
9*(-1/6)
0
Das
Auszählen mit den (1/6)-Ladungen führt zu den rechts gezeigten
Gesamtladungen.
K° und
K‘° zeigen beide die Gesamtladung Null. Die Herkunft der u° sind jedoch
verschieden.
Die
Komponenten von K+ und K‘+ liegen in obiger Tabelle symmetrisch
zur u°-Zeile, sind also Teilchen und Antiteilchen.
Von Zeile
1 nach 2, ebenso von 3 nach 4 wird ein up durch ein
down ersetzt: Bei der Annahme von 3 MeV als
Massendifferenz von u und d und einer Masse von etwa 495 MeV
für Kaonen entstehen Massedifferenzen von 0,6 %
zwischen den Teilchenarten.
Ob
Ladungstausch und Parität sich auf das oben skizzierte Oktaeder beziehen, ist
fraglich.
Eine
Aufzeichnung mit Sechser-Blöcken für die verschiedenen Komponenten mit oder
ohne u°-Ergänzung kann sehr oft die Zerfallskanäle belegen.
Für die
Erzeugung von Kaonen gibt die Literatur
π- + p -> Λ +
K°
und
π+ + p -> K+
+ K° + p
an.
Realisierung mit Sechserblöcken verlangt für die erste Gleichung die
Aktivierung von 2, für die zweite Gleichung die von 6 u° oder 1 bzw. 3 Gluonen.
Entsprechend sind die notwendigen Aktivierungsenergie
kleiner bzw. größer als 1,5 GeV.
Erzeugung
von Pionen in der Höhenstrahlung
Im
genannten Lehrbuch (Gerthsen,2.Aufl,S 713 ) entstehen die Pionen durch
Protonenstoß oder Photoeffekt mit harten Gammastrahlen γ
p + n
-> n + n + π+
γ + p -> n + π+
Mit
Sechserblöcken könnte bei der ersten Gleichung mit einem u° statt des
Pions auch ein Elektron austreten, wobei jedoch die Leptonenzahl
nicht erhalten bleibt. Statt dessen wird die Gleichung
durch 2 u° erfüllt. Was bedeutet das physikalisch? Ein einzelnes u°
ist im Nukleon nicht vorhanden. Es kann nur gewonnen werden durch den Stoß aus
der Spaltung eines Gluons. Dann verbleiben im
Sechserblock ein u und ein d , die gemeinsam das π+ bilden. In der
zweiten Gleichung wird die harte Strahlung den Gluonzerfall
bewirken.
Neutron und Proton
Die folgende
Gleichung ist nicht erfüllt:
u° + neutron = proton + elektron + neutrinos
(1,1,1,-1,-1,-1)
+ (1,1,1,1,1,-1) (1,1,-1,-1,-1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1) =
(1,1,1,1,1,-1)(1,1,1,1,1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1)+(-1,-1,-1,-1,-1,-1)
Neutrinos
ergibt diese Gleichung nicht; daher wird die Bedingung für die Leptonenenzahl nicht erfüllt; es sei denn, dass durch Gluonzerfall 2u° in die Reaktion eingehen.
2*(1,1,1,-1,-1,-1)
+ (1,1,1,1,1,-1) (1,1,-1,-1,-1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1) =
(1,1,1,1,1,-1)(1,1,1,1,1,-1)(1,1,-1,-1,-1,-1)+(-1,-1,-1,-1,-1,-1) +3*(1,-1)
Oder
2*u° + uud = udd + e- + 3*(1,-1)
Die Leptonenzahl wird dann erhalten, wenn neben zwei
Elektronantineutrinos ein Elektronneutrino entsteht, wobei sich ein Neutrino mit
einem Antineutrino annihiliert. In der Literatur geschieht der Zerfall
allerdings über einen W-Zerfall.
Confinement
Bei der
Abschätzung der Nukleonmassen wurde als Modell ein
Dreieck angenommen. Sind dessen seitliche Verbindungen spannungsfrei, so
könnten sich die verbindenden Teilchen sehr schematisch (!) anordnen wie
in (a). Bei anwachsender Spannung geht der Verbund über in (b), in (c), in (d):
(a)
(b)
(c) (d)
1
1 1 1 1 -1 1 1
1 1 1 -1 1 1
1 1 1 -1 1 1
1 1 1 -1
1 -1 -1
-1 -1 -1 1-1 -1 -1 -1
-1 1 -1 -1 -1 -1
-1 1 -1 -1 -1 -1 -1
Mit
steigender Spannung wird das Paar der u°-Quarks gegeneinender verschoben, wobei
an den Enden proportional zur Verschiebung freie Ladungen entstehen, die
ihrerseits kontrahierend wirken und somit der äußeren Spannung entgegenwirken.
Die attraktiven Kräfte "entstehen" also erst bei Beanspruchung der
Bindung und erinnern an eine Federkraft.
Ferner
verfügen die geladenen Teilchen über einen Spin, der wegen der sehr kleinen
Masse in Analogie zu Elektron und Proton extrem große Polstärken bewirkt, die
bei der geschilderten Dehnung der Seiten sich sicherlich
umorientieren.
Bereits
bei (c) könnten zwei neue u und u' Quarks aus einem weiteren Gluon entstehen, wenn man sich vorstellt, dass das nunmehr
die Anziehung verstärkende polare Paar in der Mitte getrennt wird. Dies könnte
man als Beschreibung für das als "Confinement"
beschriebene Verhalten von Quarks beim Versuch ihrer Isolation verstehen.
Da freie
Quarks nicht isoliert existieren, und das gilt auch für das u°-Quark, können
die durch sie vermittelten Bindungskräfte nicht über die Dimensionen der sie
beinhaltenden Nukleonen hinausreichen.
Bei dem
hier geschilderten Modell sind keine Farbkräfte aufgetreten; immer sind
elektrische Ladungen bestimmend für die Art der Teilchen gewesen. Kritisch
bleibt aber die Frage, warum überhaupt die in der Tabelle genannten Teilchen
dann verbunden bleiben. Das wird eine Thema für das
letzte Kapitel sein.
Dieses
Kapitel zeigt, dass die bekannten Reaktionen auch mit den Modellvorstellungen
für das Urteilchen darstellbar sind. Darüber hinaus ist das Urteilchen
Antiteilchen des Adipols; alle Teilchen sind somit
auf ein Urteilchen reduzierbar.
Materie
und Antimaterie
Obwohl
das bekannte Universum neben Neutrinos überwiegend aus Elektronen, Up- und Down- Quarks besteht, wäre auch spiegelbildlich ein
solches aus Antimaterie denkbar. Im Hinblick auf die oben wiedergegebene
Tabelle hieße das Spiegelung an der u°-
Zeile.
Die
bekannte Welt zwingt, die erste, die dritte und die sechste Zeile zu streichen,
denn bisher konnten zwar die Teilchen, aber keine existierende Antiwelt entdeckt werden. Hypothetisch und rein formal
lässt sich aus der Tabelle ein solcher Vorgang begründen, der jedoch immer mit
einer Veränderung der Baryonzahl verbunden ist. Die
Addition der ersten 3 Zeilen formuliert die Reaktionsgleichung
Positron
+ d‘ -> 2 u
Mit
Änderung der Baryonzahl um +1 (0,-1/3 -> 1/3,1/3).
Gleiches
mit den Zeilen 5 bis 6 führt zu Antimaterie
2 u‘, sodass damit keine Antisymmetrie darstellbar ist. Aber die Kombinaton der Zeilen 1und 5 ergeben folgende Reaktion:
Positron
+ u‘ -> u + d Baryonzahl um +1 (0,-1/3 -> 1/3,1/3)
In beiden
Gleichungen reagiert das Positron mit den negativ geladenen Quarks.
Ein eben
solches Gleichungspaar ist aber auch darstellbar mit Elektronen als erste
Komponente
Elektron
+ d -> 2 u‘ Baryonzahl
um +1 (0,+1/3 ->-1/3,-1/3)
Elektron
+ u -> u‘ + d‘ Baryonzahl um +1 (0,+1/3 -> -1/3,-1/3)
Der
Unterschied beider Systeme ist, dass die Änderungen der Baryonzahlen unterschiedlich sind. Die Natur bevorzugt das
System mit zunehmender Baryonzahl, und damit
zunehmender Baryonasymmetrie. Das bedeutet, dass
Positronen verbraucht (abnehmende Leptonenzahl)
und letztlich in Baryonen umgewandelt werden, denn die entstehenden u und d
Quarks verbinden sich weiter zu Nukleonen.
Doch
solche Reaktionen finden
laut Theorie nur bei extrem hohen Temperatur (>100 GeV)
in der Frühphase
des Universums statt. Doch müssten die Elektron-Reaktionen auch immer dann
ablaufen, wenn bei irgendeinem Zerfall Mesonen auftreten, die immer Antiquarks
enthalten, da ja Nukleonen aus heutiger Sicht nur aus up-
und down-Quarks bestehen.
Um
Details zu erkennen, müssen die Bildungsenergien in Verbindung mit
Massenwirkungsgesetzen bekannt sein. Vielleicht geschah die Auswahl zufällig, eine Analogie zu der
seit langer Zeit bekannten Aminosäure-Auswahl in der Natur.
(1)L.B.Okun,Deutsche Taschenbücher,Bd.58,1988,S.52/ 53
(2)
Gell-Mann, Das Quark und der Jaguar; Piper München Zürich, 1994
(3) Küpfmüller K. Einführung in die theoretische
Elektrotechnik, 11.verb.Auflage , Springer 1984,S.275
(4) Vorlesung
Experimentalphysik VII WiSe 2006-2007
Nachtrag:
Die hier
geschilderten Überlegungen wurden notwendig, nachdem in einer früheren Arbeit
der Michelson-Versuch kritisch untersucht und eine Art "Äther"
kreiert wurde, dessen Grundlage - analog zu positiven und negativen
elektrischen Ladungen - antigravitative Teilchen mit etwa Neutrinomasse sind
(Adipole).
In diesem
Abschnitt wurden nur gravitative Teilchen angenommen. Die antigravitativen
Teilchen tragen gleiche Elementarladung. Hier bleiben die vielen
Zwischenstufen, wie sie bei hochenergetischen Stößen beobachtet werden,
unerwähnt 369
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