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Universität/Hochschule J Einige Fragen zum Higgs u.ä.
mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2020-02-16


Hallo zusammen!

Ich finde die Quantenphysik (und allgemein alles, was mit kleinen Sachen zu tun hat) sehr spannend und habe vor, gegen Ende dieses Jahres darüber eine Präsentation zu halten (Gymnasium Klasse 11/12, Physik Leistungskurs).

Die Grundidee des Standardmodells (Fermionen, Bosonen) habe ich schon verstanden und ich weiß auch, was die einzelnen Teilchen so für Aufgaben haben.

Dennoch habe ich einige Detailfragen:

1) Alle Teilchen außer dem Higgs-Boson erhalten ihre Masse durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld - woher hat das Higgs seine Masse von etwa 2,23 ∙ 10-25kg

2) Entdeckung des Higgs 2012 im LHC Genf: Was wurde da gemacht? Woher wussten die, dass es ein Higgs war? Was bedeutet (in diesem Zusammenhang) eine 5-Sigma-Signifikanz? Video zur Higgs-Entdeckung, von dem ich vieles nicht so ganz verstehe:

3) Wie kann das ELEMENTARE Higgs-Boson in zwei Bottom Quarks ZERFALLEN??????? Und woher kommt die 60%-W’keit?

4) Ist das Standardmodell bewiesenermaßen vollständig? Also ist das Higgs wirklich das einzige Skalarboson? Was ist mit dem Graviton? Fundierte Vermutung oder lässt sich die Schwerkraft nur durch die RZ-Krümmung erklären?

5) Welchen Radius hat ein Elektron? Ich finde dazu keine gescheite Information, manche sagen sogar, es sei punktförmig?! (Ich wollte den Radius haben, um die Abstoßungskraft zweier sich berührender Elektronen zu berechnen)




Ich weiß, das sind sehr viele und dazu noch umfangreiche Fragen, ich freue mich über jede Antowrt auf jede einzelne Teilfrage!



Vielen Dank im Voraus und schönen Sonntag!
M. Hipp :-D






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Ueli
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2020-02-18


Hallo mhipp,
den Radius des Elektrons kennt man nicht. Schon lange weiss man, dass er so klein ist, dass das der Spin nicht aus einer Eigenrotation resultiert, da das Elektron sonst überlichtschnell rotieren müsste. Bei einem punktförmigen Teilchen ergäbe sich eine unendliche Feldstärke. Aber... im Vakuum entstehen kurzzeitig Teilchen und Antiteilchen. Diese wirken dem elektrischen Feld entgegen.
Ich denke, dass es dir jemand anderes besser erklären kann, aber so weit ich weiss passiert auf mikroskopischer Skala einfach alles, was möglich ist mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. All diese chaotischen Prozesse zusammengenommen, von denen sich die meisten gegenseitig auslöschen, bilden im Grossen betrachtet unsere ganz vernünftig erscheinende Welt.
Gruss Ueli



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moep
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, eingetragen 2020-02-24


Hi,

ich versuche mal die Fragen so gut es geht auf Schulniveau zu beantworten.

1) Die Masse des Higgs entsteht analog zu der Masse alle anderer Teilchen -- durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld! Das ist in gewisser Weise ein Alleinstellungsmerkmal des Higgs, naemlich, dass es als einziges Teilchen im Standardmodell mit sich selbst wechselwirkt (ein Skalarfeld, wie du schon erwaehnt hast).

Fuer 2) und 3) brauchen wir eine kurze Erklaerung der Grundnatur von Quantenmechanik (falls sie dir bekannt ist, umso besser): alles was passieren kann, passiert auch, und zwar mit einer gewissen berechenbaren Wahrscheinlichkeit. So koennen zwei Teilchen auf unterschiedlicher Art und Weise wechselwirken, die sich jeweils durch sogenannte Feynman-Diagramme als Bilder darstellen lassen. Jedes Diagramm beschreibt gleichzeitig (durch die Theorie festgelegte Regeln) auch die "Berechnung" der Wahrscheinlichkeit, mit dem diese konkrete Wechselwirkung passiert. In einem Teilchenbeschleuniger passieren nun so viele "Begegnungen" von zwei bestimmten Teilchen, dass sich ueber die theoretischen Vorhersagen konkrete Statistik angeben laesst, wie viel Prozent von dem beobachteten Ergebnis von einem bestimmten Prozess kommt. Stimmt die Messung mit der Vorhersage, ist das eine Bestaetigung der Theorie; umgekehrt kann man Theorien mit solchen Messungen widerlegen oder verbessern.

Das groesste Problem bei solchen Messungen ist, wie man diese zu beobachteten Prozesse vom "Hintergrundgeraeuschen" trennt. In diesem Zusammenhang konkret sorgt zum Beispiel kosmische Strahlung, Radioaktivitaet des umgebenden Gesteins, andere Prozesse die durch die Kollision von Protonen passieren, aber auch so banale Dinge wie Fehlsignale der Elektronik, nicht sauber abgeschirmte Kabel etc fuer eine Fuelle an zufaelligem Hintergrund Signal, dass man durchgehend misst. Um eine Entdeckung zu machen, muss das zugehoerige Signal sich deutlich von diesem Hintergrund hervorheben, und dafuer gibt es dieses "Sigma-Mass". 5-Sigma bedeutet, dass dieses Signal mit einer Wahrscheinlichkeit von 99.9999% nicht um ein Zufallssignal des Hintergrunds handelt.

So, jetzt zu deinen restlichen Fragen:

2) Am LHC wurden Protonen aufeinander geschossen. Bei der hohen Energie koennen die Quarks in den Protonen so miteinander wechselwirken, dass als Zwischenprodukt ein Higgs entsteht. Siehe dazu das Bild bei Wikipedia fuer die entsprechenden Prozesse. Diese Prozesse sind insofern besonders, als dass sie einen oder zwei "Dreiecke" enthalten, sogenannte "Loops" (englisch fuer Schleife). Quantitativ sorgen diese Loops dafuer, dass diese Prozesse gegenueber anderen moeglichen Wechselwirkungen bei niedrigen Energie stark unterdrueckt sind (ja, die Wahrscheinlich wie zwei Teilchen wechselwirken haengt von der Energie ab, mit der sie aufeinander treffen!). Deshalb konnten solche Prozesse erst am LHC mit seiner hohen Energie beobachtet werden.

3) Dass das Higgs ein sogenanntes Elementarteilchen ist, bedeutet nicht, dass es nicht zerfaellt. Im Gegenteil, das eine hat mit dem anderen nichts zu tun! Von allen Elementarteilchen im Standardmodell ist nur das Elektron, das Neutrino und das Photon stabil. Umgekehrt besteht z.B. das Proton aus Quarks und Gluons, aber ist ebenfalls stabil. Dass das Higgs mit 60% in zwei Bottom-Quarks zerfaellt, spiegelt die Tatsache dar, dass im Mikroskopischen noch andere Prozesse moeglich sind, durch die das Higgs zerfallen kann, z.B. in zwei Z-Bosonen (siehe Wikipedia Bild!).

4) Das Standardmodell ist als ein theoretisches Modell an sich vollstaendig: das Higgs war das letzte Puzzle-Stueck, das gefehlt hatte. Es ist insofern anders als z.B. das Graviton, als dass das Standardmodell als eigenstaendiges physikalisches Modell ohne das Higgs nicht mathematisch konsistent waere, aber wunderbar ohne Graviton auskommt. Natuerlich ist es als Modell fuer *unser* Universum nicht vollstaendig, weil es eben die Gravitation nicht beruecksichtigt. Das Problem ist, dass die "Sprache", auf der das Standardmodell beruht (die sogenannte Quantenfeldtheorie) nicht in der Lage ist Gravitation konsistent zu beschreiben (an dieser Stelle einen kraeftigen Tritt in den Bauch aller Anhaenger von "Asymptotic Safety"). Eines der grossen Probleme der theoretischen Physik ist es seit jeher, so eine "Sprache" - spricht Theorie - zu finden, die das kann.

Ich hoffe, du kannst mit diesen Erklaerung was anfangen.

Gruss,
moep



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, vom Themenstarter, eingetragen 2020-02-24


Hi ihr beiden!

Das ist viel zu verdauen, aber ich habe beim ersten Mal Lesen schon vieles verstanden und werde es mit Freude noch ein paar Mal durchlesen.

Danke für die Antworten!



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mhipp
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2020-02-24


Nun hab ich doch noch ne kleine Frage:

Wenn es normal ist, dass das Higgs in zwei B-Quarks zerfällt, dann muss es ja aus ihnen bestehen.

Aber dann ist das Higgs doch nicht elementar?!



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PhysikRabe
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, eingetragen 2020-02-25


2020-02-24 21:55 - mhipp in Beitrag No. 4 schreibt:
Wenn es normal ist, dass das Higgs in zwei B-Quarks zerfällt, dann muss es ja aus ihnen bestehen.

Das ist ein Trugschluss, siehe etwa hier. Nur weil ein Teilchen ein Elementarteilchen ist bedeutet das nicht, dass es nicht zerfallen kann, wie bereits von moep erwähnt. Der Zerfall eines Teilchens ist eine Folge von Wechselwirkung. Das ist unabhängig von der "Elementarität" eines Teilchens. Generell sagen Zerfälle nichts über die Zusammensetzung aus: Beispielsweise zerfällt das freie Neutron, das aus drei Quarks besteht, in ein Proton, Elektron, und Anti-Elektronneutrino (das ist der sogenannte "Beta-Zerfall").

Grüße,
PhysikRabe


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"Non est ad astra mollis e terris via" - Seneca
"Even logic must give way to physics." - Spock



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willyengland
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, eingetragen 2020-02-25


... oder ein Photon zerfällt in ein Elektron und ein Positron.



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