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dcrfvghimnu
Anmeldungsdatum: 13.06.2025
Beiträge: 1
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 dcrfvghimnu Verfasst am: 13. Jun 2025 23:12 Titel: Masse Elektron vs Proton |
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Meine Frage:
Kann mir jemand erklären wieso das Elektron so viel leichter ist wenn es doch dieselbe elektromagnetische Ladung hat wie ein Proton? Danke.
Meine Ideen:
keine Ahnung |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3563
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| ML Verfasst am: 14. Jun 2025 00:02 Titel: Re: Masse Elektron vs Proton |
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Hallo,
| dcrfvghimnu hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Kann mir jemand erklären wieso das Elektron so viel leichter ist wenn es doch dieselbe elektromagnetische Ladung hat wie ein Proton? Danke.
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Ladung und Masse sind voneinander unabhängig.
Ein LKW kann ja auch viel mehr Masse als ein PKW haben, obwohl beide vier Räder haben.
Hier gibt es weiterführende Informationen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elementarteilchen
Viele Grüße
Michael |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 06:54 Titel: |
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Ein Proton ist ein gebundener Zustand aus Quarks und Gluonen; ein Großteil der Energie = Ruhemasse steckt in der kinetischen Energie deren Quantenfelder. Das kann man heute recht gut berechnen, einfach erklären kann man es leider nicht.
Ein Elektron ist ein Elementarteilchen. Seine Masse ist wie sie ist, eine Erklärung für die Naturkonstante, die diesen Wert festgelegt, gibt es nicht.
Beide Mechanismen haben nichts miteinander zu tun.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 1610
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| Aruna Verfasst am: 14. Jun 2025 07:13 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | Ein Proton ist ein gebundener Zustand aus Quarks und Gluonen; ein Großteil der Energie = Ruhemasse steckt in der kinetischen Energie deren Quantenfelder. Das kann man heute recht gut berechnen, einfach erklären kann man es leider nicht.
Ein Elektron ist ein Elementarteilchen. Seine Masse ist wie sie ist, eine Erklärung für die Naturkonstante, die diesen Wert festgelegt, gibt es nicht.
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Ist für die Masse von Elementarteilchen nicht die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld die Ursache?
Kann man analog zu der Elektronenmasse die Massen von Quarks und Gluonen angeben, bzw. separieren von der kinetischen Energie des gebundenen/zusammengesetzten Zustands?
Oder ist das nicht separierbar? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 11:05 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Ist für die Masse von Elementarteilchen nicht die Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld die Ursache? |
Ja.
| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Kann man analog zu der Elektronenmasse die Massen von Quarks und Gluonen angeben, bzw. separieren von der kinetischen Energie des gebundenen/zusammengesetzten Zustands? |
Man kann das für sehr hochenergetische Streuprozesse tatsächlich trennen; die Masse der leichten Quarks liegt dann im MeV-Bereich, die Gluonen sind masselos. Im niederenergetischen Bereich wie im Falle der Protonen, Neutronen (knapp 1000 MeV) oder auch leichterer Mesonen (einige 100 MeV) spielt die Masse der Quarks für die Masse der gebundenen Zustände keine Rolle; da die Quarks auch nicht frei sind, ist es schwierig, ihnen eine isolierte Masse zuzuschreiben.
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dcrfvghimnu2
Gast
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| dcrfvghimnu2 Verfasst am: 14. Jun 2025 15:06 Titel: |
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Hm ok ich denke verstehe so halbwegs, danke.
Aber wenn die Ladung des Elektron gottgegeben ist also Naturkonstante, die des Protons ist genau gleich da muss ja irgendeine Verbindung dahinterstecken das kann ja kein Zufall sein? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 15:20 Titel: |
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| dcrfvghimnu2 hat Folgendes geschrieben: | Hm ok ich denke verstehe so halbwegs, danke.
Aber wenn die Ladung des Elektron gottgegeben ist also Naturkonstante, die des Protons ist genau gleich da muss ja irgendeine Verbindung dahinterstecken das kann ja kein Zufall sein? |
Ja (aber Ladung und Masse hat eigtl. nix miteinander zu tun)
Dass die elektrischen Ladungen der Elementarteilchen bis auf Vorzeichen identisch sind, bzw. dass im Falle der Quarks drittelzahlige Ladungen auftreten, und dass Ähnliches auch für weitere, verallgemeinerte Ladungen gilt, begründen wir heute mittels sogenannter Eichsymmetrien.
Warum von den mathematisch unendlich vielen möglichen Eichsymmetrien genau diese eine, sehr spezielle in der Natur gegeben ist – und keine andere – nobody knows.
https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/bausteine/elementarteilchen-standardmodell-der-teilchenphysik/
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Standard_Model
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 1610
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| Aruna Verfasst am: 14. Jun 2025 16:16 Titel: |
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| dcrfvghimnu2 hat Folgendes geschrieben: | Hm ok ich denke verstehe so halbwegs, danke.
Aber wenn die Ladung des Elektron gottgegeben ist also Naturkonstante, die des Protons ist genau gleich da muss ja irgendeine Verbindung dahinterstecken das kann ja kein Zufall sein? |
Das könnte nun mit dem schwachen anthropischen Prinzip zusammenhängen:
Z.B.:
Wenn die Ladung des Protons nicht gleich der der Elektrons wäre, wäre vielleicht keine stabile Materie möglich und keine Menschen, die sich fragen können, warum die Ladungen so sind, wie die sind. |
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 1610
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| Aruna Verfasst am: 14. Jun 2025 16:21 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: |
Dass die elektrischen Ladungen der Elementarteilchen bis auf Vorzeichen identisch sind, bzw. dass im Falle der Quarks drittelzahlige Ladungen auftreten, und dass Ähnliches auch für weitere, verallgemeinerte Ladungen gilt, begründen wir heute mittels sogenannter Eichsymmetrien.
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Quarks gibt es ja nicht ungebunden?
Gibt es freie Teilchen, die eine nichtganzzahlige Ladung haben?
Beim Beta-Zerfall werden ja auch nur Elementarladungen "frei" und keine Bruchteile davon? |
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dcrfvghimnu2
Gast
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| dcrfvghimnu2 Verfasst am: 14. Jun 2025 16:33 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: |
Wenn die Ladung des Protons nicht gleich der der Elektrons wäre, wäre vielleicht keine stabile Materie möglich und keine Menschen, die sich fragen können, warum die Ladungen so sind, wie die sind. |
Also ein Fall von "Gott würfelt nicht", oder dieses Universum soll genauso sein wie es ist. Eher eine philosophische Frage.
Also ist es mit Feldtheorie erklärbar aber warum es genauso ist wie es ist weiss man nicht, das nehme ich jetzt mal als Antwort mit, danke. |
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 1610
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| Aruna Verfasst am: 14. Jun 2025 16:45 Titel: |
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| dcrfvghimnu2 hat Folgendes geschrieben: | | Aruna hat Folgendes geschrieben: |
Wenn die Ladung des Protons nicht gleich der der Elektrons wäre, wäre vielleicht keine stabile Materie möglich und keine Menschen, die sich fragen können, warum die Ladungen so sind, wie die sind. |
Also ein Fall von "Gott würfelt nicht", oder dieses Universum soll genauso sein wie es ist. Eher eine philosophische Frage.
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Ersteres eher nicht. Selbst wenn Gott würfelt, kämen bei vielen Würfen eben Universen raus, ohne bewusste Wesen, die sich fragen können, warum das Universum so ist wie es ist.
M.E. eine Trivialität.
| dcrfvghimnu2 hat Folgendes geschrieben: |
Also ist es mit Feldtheorie erklärbar aber warum es genauso ist wie es ist weiss man nicht, das nehme ich jetzt mal als Antwort mit, danke. |
m.E. müssen führen Warum-Fragen nur auf weitere Warum-Fragen.
Wenn man einen tieferen Grund angeben könnte, z.B. aufgrund der Wechselwirkung des Higgs-Feldes mit Elementarteilchen oder Ladung und Masse auf einen grundlegendere Erscheinungen zurückführen, könnte man wieder fragen, warum dieses grundlegenden Tatsachen so sind, und nicht anders....
Die grundlegendste Frage ist ja m.E. : "Warum ist überhaupt etwas und nicht einfach nichts?". |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 16:59 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | dcrfvghimnu2 hat Folgendes geschrieben: | Hm ok ich denke verstehe so halbwegs, danke.
Aber wenn die Ladung des Elektron gottgegeben ist also Naturkonstante, die des Protons ist genau gleich da muss ja irgendeine Verbindung dahinterstecken das kann ja kein Zufall sein? |
Das könnte nun mit dem schwachen anthropischen Prinzip zusammenhängen … |
… das jedoch lediglich eine Erklärung ex post darstellt und daher von vielen Physikern abgelehnt wird.
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 1610
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| Aruna Verfasst am: 14. Jun 2025 17:05 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Aruna hat Folgendes geschrieben: | | dcrfvghimnu2 hat Folgendes geschrieben: | Hm ok ich denke verstehe so halbwegs, danke.
Aber wenn die Ladung des Elektron gottgegeben ist also Naturkonstante, die des Protons ist genau gleich da muss ja irgendeine Verbindung dahinterstecken das kann ja kein Zufall sein? |
Das könnte nun mit dem schwachen anthropischen Prinzip zusammenhängen … |
… das jedoch lediglich eine Erklärung ex post darstellt und daher von vielen Physikern abgelehnt wird. |
Wie gesagt, ist das für mich keine wirkliche "Erklärung" sondern eine Trivialität
Zuletzt bearbeitet von Aruna am 14. Jun 2025 17:05, insgesamt einmal bearbeitet |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 17:05 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Quarks gibt es ja nicht ungebunden? |
Nicht bei niederen Energien; bei genügend hohen schon.
| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Gibt es freie Teilchen, die eine nichtganzzahlige Ladung haben? |
Nach aktuellem Wissensstand ausschließlich Quarks
| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Beim Beta-Zerfall werden ja auch nur Elementarladungen "frei" und keine Bruchteile davon? |
Auf elementarer Ebene sind direkt Quarks involviert.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 17:08 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Wie gesagt, ist das für mich keine wirkliche "Erklärung" sondern eine Trivialität |
👍
Und eine von mehreren Bankrotterklärungen, weil man letztlich das Nachdenken vollständig einstellen könnte. Hätte man ähnlich auf Darwin reagiert, wäre die DNA nie gefunden worden.
| Aruna hat Folgendes geschrieben: | m.E. müssen führen Warum-Fragen nur auf weitere Warum-Fragen.
Wenn man einen tieferen Grund angeben könnte, z.B. aufgrund der Wechselwirkung des Higgs-Feldes mit Elementarteilchen oder Ladung und Masse auf einen grundlegendere Erscheinungen zurückführen, könnte man wieder fragen, warum dieses grundlegenden Tatsachen so sind, und nicht anders....
Die grundlegendste Frage ist ja m.E. : "Warum ist überhaupt etwas und nicht einfach nichts?". |
👍
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 1610
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| Aruna Verfasst am: 14. Jun 2025 17:12 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: |
| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Beim Beta-Zerfall werden ja auch nur Elementarladungen "frei" und keine Bruchteile davon? |
Auf elementarer Ebene sind direkt Quarks involviert. |
Okay, da gibt es Up-Quarks mit +2/3 und Down-Quarks mit -1/3 Elementarladung.
Bei der Umwandlung von u->d oder umgekehrt wird also immer +/- eine Elementarladung frei?
Gibt es eine tiefere Begründung, warum die Quarks diese Ladungen tragen? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 14. Jun 2025 20:32 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: |
| Aruna hat Folgendes geschrieben: | | Beim Beta-Zerfall werden ja auch nur Elementarladungen "frei" und keine Bruchteile davon? |
Auf elementarer Ebene sind direkt Quarks involviert. |
Okay, da gibt es Up-Quarks mit +2/3 und Down-Quarks mit -1/3 Elementarladung.
Bei der Umwandlung von u->d oder umgekehrt wird also immer +/- eine Elementarladung frei?
Gibt es eine tiefere Begründung, warum die Quarks diese Ladungen tragen? |
Nein, es gibt keine wirkliche Begründung für exakt diese Ladungen.
Unter der Voraussetzung einer bestimmten Eichtheorie – also einer Liegruppe oder einem Produkt von Liegruppen – und der Felder mit diesen Symmetrien folgen bestimmte Regeln für Ladungen (konkret: elektro-schwach und stark).
Unter der Voraussetzung, dass fermionische Theorien chiral sind, also die Parität verletzen, folgen weitere Einschränkungen durch die Forderung der Anomalienfreiheit.
Aber eben immer unter derartigen Voraussetzung.
Siehe ab ca. 3.3.4 in
https://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/gaugetheory/3anom.pdf
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Teflonmann
Anmeldungsdatum: 05.06.2025
Beiträge: 25
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| Teflonmann Verfasst am: 14. Jun 2025 20:56 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: |
Nein, es gibt keine wirkliche Begründung für exakt diese Ladungen.
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Messen kann man das ja wohl nicht?
Anti-Up-, Anti-Charm- und Anti-Top-Antiquarks tragen jeweils eine negative Ladung von -2 geteilt durch drei mal e , während Anti-Down-, Anti-Strange- und Anti-Bottom-Antiquarks jeweils eine positive Ladung von Präfix plus eins geteilt durch drei tragen.
Klingt ziemlich irre aber gut.
Was ich auch spannend finde ist die Resonanz bei den Umlaufbahnen der Planeten, da sind es immer kleine, ganze Zahlen.
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An mir bleibt nichts haften, ich bin für die Ewigkeit. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 15. Jun 2025 15:52 Titel: |
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| Teflonmann hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: |
Nein, es gibt keine wirkliche Begründung für exakt diese Ladungen.
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Messen kann man das ja wohl nicht? |
Man kann die drittel-zahligen Ladungen der Quarks in verschiedenen Prozessen mittels Streuexperimenten indirekt messen.
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Teflonman
Gast
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| Teflonman Verfasst am: 15. Jun 2025 21:25 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: |
Man kann die drittel-zahligen Ladungen der Quarks in verschiedenen Prozessen mittels Streuexperimenten indirekt messen. |
Wirklich ja? Hätte nicght gedacht das es dafür empirische Daten gibt. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 15. Jun 2025 21:38 Titel: |
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| Teflonman hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: |
Man kann die drittel-zahligen Ladungen der Quarks in verschiedenen Prozessen mittels Streuexperimenten indirekt messen. |
Wirklich ja? Hätte nicght gedacht das es dafür empirische Daten gibt. |
Das ist die früheste Publikation, die ich gefunden habe:
https://www.slac.stanford.edu/cgi-bin/getdoc/slac-pub-1064.pdf
Seither gibt es dazu zig Experimente. Morgen gerne mehr.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 21468
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| TomS Verfasst am: 16. Jun 2025 06:25 Titel: |
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Der erste indirekte Hinweis aus den 60igern funktioniert wie folgt:
Das QED-Matrixelement für die Produktion eines Fermion-Antifermion-Paares bei der Elektron-Positron-Annihilation
ist proportional zum Quadrat der Ladung der Fermionen f im Endzustand.
Daraus folgen die Wirkungsquerschnitte sigma für die direkte Produktion von Myonen sowie – über ein Quark-Antiquark-Paar – für Hadronen im Endzustand. Man betrachtet das Verhältnis der Wirkungsquerschnitte
}{\sigma(e^+ e^- \to \mu^+ \mu^-)} = N_c \sum_f q_f^2)
Dabei wird über alle Quark-Flavors f summiert, die bei der jeweiligen Schwerpunktsenergie beitragen; bei niedrigen Energie wären dies zunächst das u- und das d-Quark, bei höheren Energie tragen weitere Flavors s,c … bei.
Der Vorfaktor zählt die Farben der Quarks, also
Misst man also diese Reaktionsraten abhängig von der Energie, so kann man überprüfen, ob R den theoretisch ermittelten Wert annimmt. Aufgrund der Abhängigkeit von der Energie kann man letztlich die Ladungen und die Anzahl der Farben einzeln bestimmen.
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