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THEMA: Erzeugung von Antiprotonen

Erzeugung von Antiprotonen 19 Apr 2017 15:03 #13515

Hallo,

bei der Erzeugung von Antiprotonen in einem Beschleuniger werden diese zum Experimentieren in einer Penningfalle eingeschlossen. Um die hohe kinetische Energie abzubauen müssen die Antiprotonen zum Schluss eine Aluminiumfolie durchqueren.

Soweit so gut. Was passiert aber, wenn ein Antiproton zufällig auf ein Proton des Aluminumkerns trifft? Dann zerstrahlen die beiden Teilchen doch zu Energie. Dadurch fehlt dem Aluminumkern jetzt ein Proton. Durch diese Verminderung der Ordnungszahl wäre dann doch Magnesium entstanden. Des weiteren wäre das Atom elektrisch nicht mehr neutral, denn es wurde ja kein Elektron zerstrahlt.

Ist das so oder wo mache ich hier einen entscheidenden Fehler?

Danke für eure Antworten.

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Erzeugung von Antiprotonen 21 Apr 2017 18:02 #13545

Warum denn nicht ? Kann so gut sein. Aber wahrscheinlich ist die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit nur extrem gering.
PS: Die Antowrt eines absoluten Anfängers.

Per aspera ad astra

"Die Winkelsumme im Dreieck kann nicht nach den Bedürfnissen der Kurie abgeändert werden.“
-Das Leben des Galilei
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Erzeugung von Antiprotonen 21 Apr 2017 18:59 #13548

Zunächst einmal ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Antiproton auf einen Atomkern trifft, sehr gering, weil die Masse der Atomkerne stark auf Punkte konzentriert ist. Natürlich ist es möglich, dass das Antiproton einen Kern trifft, und dann kommt es natürlich auch zur Annihilation des Teilchens mit einem Proton. Ob dabei dann aber ein einfach geladenes Magnesiumatom herauskommt, weiß ich nicht sicher. Wäre das entsprechende Isotop stabil? Der Kern hätte jedenfalls einen Anregungszustand und müsste die überschüssige kinetische Energie irgendwie wieder loswerden.

Aber das ist eh der unwahrscheinlichste Fall.


Meistens wechselwirken die Antiprotonen ja mit den Elektronen in den Hüllen bzw. im Elektronengas zwischen den Kernen. Es kommt also zu elastischen Stößen zw. Antiproton und Elektronen, bei denen jeweils ein Teil des Impulses auf ein Elektron übertragen wird. Bei freien Elektronen führt das schlicht zu einer Erwärmung des Materials, bei im Kern gebundenen Elektronen würde das Atom angeregt. Das Elektron kann dabeiaus dem Atom herausgeschlagen werden, so dassdas Aluminiumatom dadurch ionisiert würde.

Nun ist Aluminium auch auch ein guter Leiter, der Raum ist also gut gefüllt mit (nahezu) frei beweglichen Elektronen. Wenn es also zu so einem Ladungsdefekt kommt, fließen sofort von irgendwoher Elektronen nach und füllen die Lücke.

Letztlich bewirkt der Beschuss also eine Erhöhung des elektrischen Potenzials der Folie, er erzeugt eine positive Spannung.
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Erzeugung von Antiprotonen 22 Apr 2017 12:05 #13576

Vielen Dank für die Antworten. Dadurch wurde meine Neugier weiter angeregt und ich habe im Internet mal recherchiert.

In der Wikipedia habe ich folgendes gefunden:

”Da in den Kernen der Aluminiumatome Protonen vorhanden sind, könnte man meinen, dass die Antiprotonen beim Kontakt sofort annihilieren, allerdings ist die Annihilationsrate stark von der Wechselwirkungszeit abhängig, welche sehr klein ist.”


Das heisst es wird selten passieren, aber es kommt vor. Nach meinen Recherchen greift dann folgender Mechanismus:
  1. Ein Antiproton trifft auf ein Proton des Al-Kerns. Die beiden Teilchen zerstrahlen zu Energie und es entsteht ein Mg-Isotop mit 27 Neutronen. Ich bin hier von Al mit 27 Neutronen ausgegangen, da Aluminium fast zu 100% in dieser Form vorkommt. ( www.internetchemie.info/chemische-elemen...luminium-isotope.php ). Der Mg-Kern gibt seine überschüssige kinetische Energie durch Gamma-Strahlung ab. ( www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/r...g-und-gammastrahlung ).
  2. Das entstandene Mg-Isotop ist nicht stabil und zerfällt mit einer Halbwertzeit von etwas mehr als 9 Minuten ( www.internetchemie.info/chemische-elemen...agnesium-isotope.php ). Den Zerfall nennt man Beta-Minus-Zerfall. Ein Neutron wandelt sich in ein Elektron, ein Anti-Elektron-Neutrino und in ein Proton um ( www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/r...ll-und-betastrahlung ).
  3. Wie durch Zauberei hat sich das Mg-Atom wieder in ein Al-Atom verwandelt. Im Kern sind allerdings nur noch 26 Neutronen. Dieses Isotop des Al besitzt eine Halbwertzeit von 720000 Jahren ( www.internetchemie.info/chemische-elemen...luminium-isotope.php ).

Die Alchemisten des Mittelalters wären begeistert gewesen.
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Erzeugung von Antiprotonen 22 Apr 2017 16:40 #13619

Sehr gute Überlegung ! nice :)

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