Frage von "Seegurkerich" aus
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Quarkmasse und Nukleonenmasse
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 einhergegangen 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, weil die Zunahme des relativistischen Beitrags zur Masse aus keiner anderen Quelle gespeist werden kann, so dass die Masse insgesamt konstant bleiben muss. 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.
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.
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.
Lit. [6] K.STIERSTADT : Physik der Materie, VCH Verlagsgesellschaft,
Weinheim1989, S. 38
Zitat
Quarkmasse und Nukleonenmasse
