|
|
|
|
|
Gesehen: 1349
Bewertungen: 1
|
|
Grundlagen der Herstellung und Annihilation von Antiprotonen Bevor ein Antiproton-Proton-Paar annihiliert, nehmen die beiden Teilchen kurzzeitig einen stabilen Quantenzustand ein, der als Protoniumatom bezeichnet wird. Dies entspricht einem Wasserstoffatom, bei dem das Elektron durch das Antiproton ersetzt wurde. Allerdings ist durch die größere Masse die Bindungsenergie auch wesentlich größer, sie liegt entsprechend der um den Faktor 1000 größeren reduzierten Masse bei etwa 13 keV. Die Bahn der Teilchen umeinander entspricht einem angeregten Wasserstoffatom, bei dem das Elektron auf der 36. Schale kreist. Raumfahrt Die Teilchen können nun unter Abstrahlung von Gamma-Quanten auf niedrigere Orbits gelangen.
Sobald die Hauptquantenzahl genügend klein geworden ist (bei einem Sprung auf ein p-Orbital früher als bei einem s-Orbital, da sich diese überlappen), wechselwirken die Quarks und Antiquarks direkt miteinander und gehen neue Kombinationen untereinander ein. Dabei werden neue Teilchen in verschiedenen, wechselnden Anteilen erzeugt, je nachdem welches Orbital als letztes vorlag. Die Bindung der Quarks im Proton ist damit aufgelöst und die neuen Teilchen fliegen mit hohen Geschwindigkeiten auseinander, wobei sich folgende Reaktion des Protons (p) mit dem Antiproton (p quer) ergibt: p + p(quer) -> mpi(0) + npi+ + npi- wobei n,m * 1,5-1,6 Hauptsächlich entstehen dabei geladene Pionen (pi+ und pi-), ungeladene Pionen (pi0) oder Antipionen. Bei einer typischen Reaktion entstehen z.B. zwei ungeladene und drei geladene Pionen, sind statistische Mittelwerte über viele Reaktionen. Mit einer kleineren Wahrscheinlichkeit entstehen manchmal auch direkt zwei Gamma-Quanten oder andere Elementarteilchen.
GTS Die ungeladenen Pionen zerfallen nach äußerst kurzer Zeit ebenfalls in zwei Gamma-Quanten, d.h. die direkt zerstrahlenden und ungeladenen Teilchen sind für Antriebszwecke verloren; die geladenen Pionen hingegen, die sie sich durch ein Magnetfeld einfangen lassen, zerfallen nach kurzer Zeit (26 ns) weiter in Myonen bzw. Antimyonen und die dazugehörigen Neutrinos bzw. Antineutrinos. Da sich diese Teilchen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, erscheint diese Zeit für den unbewegten Beobachter durch relativistische Effekte auf 70 ns gedehnt. Dieser Effekt ermöglichte z.B. erst die Entdeckung der Myonen, die in den oberen Schichten der Erdatmosphäre durch Stöße hochenergetischer Teilchen mit den Luftmolekülen entstehen.
Normalerweise würden sie nach 7,8 m Flugstrecke zerfallen sein, durch die relativistische Zeitdehnung erreichen sie jedoch die Erdoberfläche, wo sie mit Zählrohren nachgewiesen werden können. Die Myonen sind ebenfalls instabil und zerfallen nach 6,2 µs weiter in Elektronen bzw. Positronen und die dazugehörigen Neutrinos. Auch hier erscheint die Halbwertszeit durch relativistische Effekte für einen außenstehenden Beobachter wiederum gedehnt. Die Elektronen und Positronen annihilieren zunächst praktisch nicht, da bei diesen hohen Energien von etwa 200 MeV die Wechselwirkungsquerschnitte sehr klein sind. Erst wenn die Positronen durch Stöße mit der umgebenden Materie hinreichend langsam geworden sind, annihilieren sie mit Elektronen zu zwei Gamma-Quanten.
Der Zerfall von Antiprotonen ist auch schon als Antrieb in der Raumfahrt untersucht worden. Hierbei wird durch die Zerfallsprodukte ein Arbeitsgas so stark aufgeheizt, dass sich ein Plasma bildet.
Name: Felix Huber
E-Mail: info@tz-raumfahrt.de
|
Frage stellen