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Zitat von »Friedrich Karl Schmidt«

Fragt man sich nach der "Herkunft" dieser Masse, so findet man in R.P. FEYNMAN's fast schon berühmten "lectures" den folgenden, hier sinngemäß zitierten Ansatz : "Die Ruhemasse eines Elektrons" ist das Massenäquivalent der Energie, die benötigt wird , um die dem Elektron entsprechende Ladung in dem vom Elektron eingenommenen Raum anzuhäufen."

Das Analoge sollte für ein Positron gelten, das man sich in unendlich großer Entfernung von dem Elektron erzeugt denken möge. Wenn sich nun die beiden Antiteilchen, der zwischen Ihnen herrschenden elektrostatischen Anziehung entsprechend aufeinander zu bewegen, so wird die Energie des dem Ladungspaar entsprechenden elektrischen Feldes immer kleiner und damit auch die Ruhemassen der beiden Teilchen. Wie man leicht ausrechnet, sollten die Ruhemassen beim Erreichen eines Abstands von etwa 1 fm aufgezehrt sein *), nicht aber die ursprünglich beim Anhäufen der beiden Ladungen aufgewendete Energie, die nun in Form von Teilchen ohne Ruhemasse weiterexistieren muss. So würde sich in dieser Vorstellung die Zerstrahlung eines Elektron/Positron - Paares als Folge des Aufzehrens der Ruhemassen erklären.

*) Der Wert von 1 fm ergibt sich rechnerisch bei Annahme von Punktladungen. Was aber zugegeben mit der Annahme kollidiert, dass die Ladungen jeweils in einem kugelförmigen Raum mit Radius = 1 fm verteilt sind. Tatsächlich sollten die Ruhemassen erst bei vollständigem Ladungsausgleich aufgezehrt sein, d.h. dann, wenn die angedachten Kugelladungen von Positron und Elektron die gleiche räumliche Verteilung aufweisen, der Abstand der Ladungsmittelpunkte also gleich Null wird.

Allgemein bekannt sein dürfte, dass man sich Atomkerne aus Protonen und Neutronen aufgebaut vorstellt. Wie man sich in der Physik den Zusammenhalt dieser Kernteilchen ( Nukleonen) vorstellt, ist weniger bekannt. Aber jedem, der Physikunterricht genossen hat , müsste klar sein, dass es nicht eine Wechselwirkung elektromagnetischer Natur sein kann, die Protonen und Neutronen zusammenhält. Denn die elektrisch positiv geladenen Protonen stoßen einander elektrostatisch ab, und elektrisch neutrale Teilchen wie die die Neutronen können diese Abstoßung nicht kompensieren, geschweige denn überkompensieren. So sollte einleuchten, dass hier eine anziehende Wechselwirkung ganz anderer Natur "am Werk" sein muss. Deren wesentliche Eigenschaften aber zum Teil aus sehr einfachen Überlegungen ableitbar sind .

Einerseits ist klar, dass die gesuchte Anziehung grundsätzlich stärker sein muss als die elektrostatische Abstoßung zwischen den Protonen. Andererseits weiß man, dass Atomkerne zwar fusionieren können , dies aber nicht etwa spontan tun, so dass es wohl eine sehr hohe Energieschwelle ( "Aktivierungsenergie " ) geben sollte, die bei der Annäherung von zwei Atomkernen überwunden werden muss, bevor eine Fusion möglich wird. Diese Energieschwelle entspricht im Wesentlichen der elektrostatischen Abstoßung zwischen den Atomkernen und die Kraft, die Protonen und Neutronen in den Atomkernen zusammenhält , muss demnach bei Abständen , die den Radius des jeweiligen Atomkerns übersteigen. zumindest wesentlich schwächer sein als die elektrostatische Abstoßung zwischen den Protonen. Da selbiges auch für die kleinsten Atomkerne, also Protonen, zutreffen sollte, ist davon auszugehen, dass die Stärke der innerhalb der Atomkerne dominierenden Anziehung ab einem, in etwa dem Protonenradius entsprechenden Abstand,
( etwa 1 fm = 10 ^{- 15} m ) stark abfällt bis auf eine gegenüber der elektrostatischen Abstoßung praktisch vernachlässigbaren Größenordnung.

Diese ursprünglich einmal als " Starke Kernkraft" bezeichnete Anziehung wirkt zwischen allen Nukleonen mit gleicher Stärke. Also nicht etwa nur zwischen Protonen, sondern auch zwischen Proton und Neutron, wie auch zwischen Neutronen untereinander. Aber wegen des starken Abfalls im Bereich des Protonenradius praktisch nur zwischen unmittelbar benachbarten Nukleonen.

1. Man könnte einmal überlegen, ob sich auf dieser Basis der Alpha - Zerfall verstehen lässt ...
2. Dass die Ruhemasse eines Atomkerns kleiner ist als die Summe der Ruhemassen seiner Nukleonen , sollte nach dem Lesen der ersten beiden Beiträge zum Thema dieses Threads kein Problem sein.

Frage von "Seegurkerich" aus http://netphysik.de/forum/index.php?page…d&threadID=1228

Zitat

Quarkmasse und Nukleonmasse

Bekanntlich ist die Masse eines Atomkerns kleiner als die Summe der Massen seiner Nukleonen. Dieses Phänomen ist als Massendefekt bekannt und wird meines Wissens dadurch erklärt, dass die Nukleonen bei kleinen Entfernungen die starke Kernkraft erfahren und dadurch bei starker Annährung potentielle Energie verlieren; genau dieser Verlust an potentieller Energie führt zu dem Massendefekt.

Fassen wir also zusammen: Der Zusammenschluss von Nukleonen zu einem Atomkern führt zum Massendefekt, weil sie bzgl. der starken Kernkraft potentielle Energie verlieren.

Nun das Problem: Beim Zusammenschluss von Quarks zu einem Nukleon ist ebenfalls die starke Kernkraft die entscheidende Wechselwirkung. Aber das Resultat ist genau umgekehrt: Das Nukleon ist nicht masseärmer, sondern erheblicher massereicher als die Summe der Quarkmassen. (....)
spontaner, eigener (wahrscheinlich abwegiger)

Wieso also fällt der Massendefekt bei der Bildung eines Nukleons aus drei Quarks genau umgekehrt aus als bei der Bildung eines Atomkerns aus Nukleonen?

Massenbilanz bei der Strukturbildung des Protons

Nützlich für das Verständnis der Struktur von Hadronen ist deren Entstehen im Verlauf der kosmologischen Entwicklung. Es kann davon ausgegangen werden, dass Barionen und Mesonen in dem Zeitraum entstanden sind, in dem sich das expandierende Universum der Nukleonendichte von etwa 10 hoch 18 kg/m³ genähert hat. Wenn die heutige Vorstellung von Quarkstrukturen zutrifft, so können deren Quarks zu keiner Zeit wesentlich weiter als 1 fm voneinander entfernt gewesen sein.

Die Möglichkeit, dass die Strukurbildung mit einer Kontraktion des Teilchensystems einher gegangen sein könnte, trifft mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zu. Allein
schon deshalb nicht, weil die Annäherung bei Anziehung zu einer Abnahme der Ruhemassen hätte führen müssen. Die Stärke der Farbkraft würde die Ruhemassen von wenigen MeV auf Bruchteilen eines Femtometers aufzehren, was die Umwandlung in ein relativistisches Teilchen ohne Ruhemasse erzwingen würde.

So ist vielmehr davon auszugehen, dass auseinander strebende Quarks von den Farbkräften in den Abständen eingefangen wurden, wie sie sich heute in den Kernbausteinen darstellen. Insofern erscheint es nicht sonderlich glücklich, wenn diese Strukturbildung als “Kondensation” bezeichnet wird, weil dies leicht zu dem Missverständnis führen kann, dass die Strukturierung der Quarksysteme mit einer Kontraktion der Materie verbunden sei , wie es man es von Kondensationen anderer Art kennt.

Die nachfolgende Bilddatei zeigt in einer kurzgefassten Darstellung für das Beispiel des Protons, wie sich die Masse der Nukleonen aus den sehr viel geringeren
Ruhemassen der Quarks bilanzieren lässt.

In Umkehrung des Verzehrs von Ruhemasse bei Annäherung nimmt diese beim Auseinanderrücken der Quarks zu, das dafür erforderliche Energieäquivalent wird aus der kinetischen Energie gespeist, die einen mehr als ausreichenden Vorrat darstellt, was sich mit Hilfe der Unschärferelation leicht abschätzen lässt. Wie im Rahmen der Diskussion der Parameterwerte in der nachstehenden Bilddatei gezeigt wird, entspricht der bei kleinen Abständen entscheidende erste Term der potenzielle Energie fast exakt der Translationsenergie einer Koordinate. Da die Summe der Translationsenergien aller Koordinaten den im Proton verbleibenden Anteil der kinetischen Energie bei weitem übersteigt, verbleibt ein erheblicher Überschuss, der an die Umgebung abgegeben wird. Er stellt die “Reaktionsenergie” der Protonenbildung dar, die man sich allerdings scheut, eine “Bindungsenergie” zu nennen, da der Prozess geometrisch betrachtet eine Auflockerung darstellt.





Zusammenfassung
Die Zunahme der Ruhemassen der Quarks bei der Bildung eines Nukleons entspricht im Wesentlichen dem Massenäquivalent der Änderung der potenziellen Energie beim Auseinanderrücken der bei Abständen < 1 fm quasi freien Quarks und somit der "Arbeit", die bei der Zunahme des Abstands ( Größenordnung 1 fm ) gegen die Farbkräfte verrichtet wird.

Lit. [6] K.STIERSTADT : Physik der Materie, VCH Verlagsgesellschaft,
Weinheim1989, S. 38