Die Frage nach dem Aufbau der Materie beschäftigte bereits die Philosophen der Antike. Sie sahen die vier Elemente Feuer, Wasser, Luft und Erde als die Grundstoffe der Welt.
Im Mittelalter wurden diese von den Alchemisten um einige chemischen Elemente erweitert. Die steigende Zahl der “Grundstoffe” wurde aber nicht verstanden.
Erst MENDELEJEW entwickelte hierzu das periodische System. Es besaß noch “Lücken”, diese Lücken hatten Eigenschaften. Dadurch konnten noch nicht entdeckte chemische Elemente vorhergesagt werden.
Ende des 19. Jahrhunderts wurde das Elektron entdeckt und BOHR entwickelte etwas später das Atommodell.
Das Atom enthält einen Kern, der von Elektronen umgeben ist. Der Kern lässt sich in noch kleinere Teile zerlegen, in Protonen und Neutronen.
Zu Elektron, Proton und Neutron kam 1930 noch ein Teilchen hinzu, das Neutrino - vier Teilchen, durch die der Aufbau der Materie nun erklärlich schien.
In den 50er Jahren wurde durch Experimente klar, dass Proton und Neutron Vertreter einer großen Teilchenfamilie sind, den Hadronen. Weit über 100 Hadronen wurden entdeckt.
Erst das Quarks-Modell brachte Ordnung in den ”Hadronen-Zoo“. Alle Hadronen setzen sich aus zwei oder drei Quarks zusammen.
Heute ist man der Auffassung, dass es zwei Arten von fundamentalen Teilchen gibt die Leptonen, zu denen auch die Elektronen gehören und die Quarks, aus denen die Hadronen bestehen.
Wir kennen 6 Leptonen und 18 Quarks die man in 3 ”Familien“ einordnet.
Diese erneut große Anzahl “fundamentaler” Teilchen gilt als Hinweis, dass mit den Leptonen/Quarks noch nicht die elementarsten Bausteine der Materie gefunden sind.
Hier knüpft die vorliegende Arbeit an und postuliert zwei neue Teilchen, aus welchen die Leptonen und Quarks aufgebaut sind. Folgt man dieser Vorstellung, ergeben sich weitreichende Konsequenzen für das Verständnis vom Aufbau der Materie.
Zum einen sind wir bei den echten Grundbausteinen der Materie angekommen, und zum anderen wird es erstmals möglich, die Massenverhältnisse der Elementarteilchen zu berechnen.
Überraschend ist auch die Erkenntnis, dass es einen physikalischen Zusammenhang zwischen der Elementarladung und der Farbladung gibt.
Die mögliche Existenz einer 4. Leptonen/Quarksfamilie wird hier auch theoretisch ausgeschlossen.
Außerdem ist unerwartet die Unsymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im Universum beseitigt, und obendrein wird noch das Verhältnis der Summe Baryonen zu der Summe Leptonen im Universum vorhergesagt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Farbladung
3. Die Leptonen/Quarksfamilien
4. Die Nanos
5. Substruktur der Leptonen/Quarksfamilien
6. Fazit
7. Ausblick
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Diese Arbeit zielt darauf ab, ein neues Modell zur Substruktur von Leptonen und Quarks zu entwickeln, um deren Teilchenanzahl auf 48 zu begrenzen und ihre Einordnung in drei Familien theoretisch zu begründen sowie Massenverhältnisse erstmals berechenbar zu machen.
- Postulierung der "Nanos" als fundamentale Substrukturteilchen.
- Einführung der "Strukturquantenzahl" zur Charakterisierung der Teilchen.
- Herleitung eines Zusammenhangs zwischen Elementarladung und Farbladung.
- Erklärung der Materie-Antimaterie-Unsymmetrie im frühen Universum.
- Berechnung der Massenverhältnisse der geladenen Leptonen.
Auszug aus dem Buch
4. Die Nanos
Alle Leptonen und Quarks sind Fermionen mit dem Spin ½. Daraus folgt, dass auch mögliche Substrukturteilchen Fermionen mit dem Spin ½ sein müssen.
Im denkbar einfachsten Fall werden 2 Substrukturteilchen benötigt. Um dem Pauli-Prinzip zu genügen, müssen sie auch Farbladung tragen. Ich möchte hier diese 2 Substrukturteilchen als A-Nano und B-Nano einführen.
Leptonen und Quarks (Spin ½) müssen mindestens aus 3 Nanos aufgebaut sein. Wir denken uns ein Koordinatenkreuz und bezeichnen die x-Achse mit W und die y-Achse mit T.
Legen wir Nano A in den 1. Quadranten bei W = 1/3 T = 1/3 so kommt Nano A in den 3. Quadranten bei W = -1/3 T = -1/3.
Legen wir Nano B in den 2. Quadranten bei W = -1/3 T = 1/3 so kommt Nano B in den 4. Quadranten bei W = 1/3 T = -1/3.
Wir können den Nanos nun folgende additive Quantenzahlen zuordnen: A-Nano (r, g, b) mit W = 1/3 T = 1/3, A-Nano (r_quer, g_quer, b_quer) mit W = -1/3 T = -1/3, B-Nano (r_quer, g_quer, b_quer) mit W = -1/3 T = 1/3, B-Nano (r, g, b) mit W = 1/3 T = -1/3.
Es ist schon sehr interessant, dass allein diese Definition ausreichend ist, um das gesamte Universum aufzubauen, zumindest alle Leptonen und Quarks und daraus wiederum alle Hadronen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Problemstellung bezüglich der Anzahl der bekannten Elementarteilchen und Vorstellung eines Modells zur Begrenzung auf 48 Teilchen in drei Familien.
2. Farbladung: Entwicklung eines Modells für einen Farbraum zur Quantifizierung von Farbladungen bei Baryonen, Antibaryonen und Mesonen.
3. Die Leptonen/Quarksfamilien: Analyse der Quantenzahlen der 1. Teilchenfamilie und Einführung der Strukturquantenzahl T.
4. Die Nanos: Postulierung von zwei grundlegenden Substrukturteilchen (Nanos) und deren additive Quantenzahlen.
5. Substruktur der Leptonen/Quarksfamilien: Definition von Kombinationsregeln für Nanos basierend auf farbmagnetischen Momenten zur Herleitung der Leptonen- und Quarkszustände.
6. Fazit: Zusammenfassende Erkenntnisse über die Teilchenstruktur, die elektrische Neutralität des Universums und die Symmetrie von Baryonen und Leptonen.
7. Ausblick: Diskussion der Anwendung des Modells auf Feldbosonen wie W, Z und Gluonen sowie erste Überlegungen zur Berechnung von Massen.
Schlüsselwörter
Nanos, Leptonen, Quarks, Farbladung, Strukturquantenzahl, Elementarteilchen, Substruktur, Urknall, Materie, Antimaterie, Massenverhältnisse, farbmagnetisches Moment, Fermionen, Elementarladung, physikalischer Theorieentwurf.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit stellt einen Theorieentwurf zur Substruktur von Leptonen und Quarks vor, indem sie postuliert, dass diese aus noch elementareren Bausteinen, den sogenannten Nanos, zusammengesetzt sind.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die Teilchenphysik, insbesondere die Struktur von Elementarteilchen, die Interpretation der Farbladung und die Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Hauptziel ist es, ein Modell zu liefern, das die Teilchenanzahl der bekannten 48 Mitglieder der Fermionenfamilien begründet und eine mathematische Basis zur Berechnung ihrer Massenverhältnisse liefert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor nutzt einen theoretischen Ansatz, der komplexe Farbladungen und die Einführung einer Strukturquantenzahl verwendet, um durch Kombination von Nanos die beobachteten Teilcheneigenschaften herzuleiten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Definition der Nanos, der Aufstellung von Kombinationsregeln für diese, der Zuordnung zu den Leptonen/Quarksfamilien und der Untersuchung der Konsequenzen für die Materie-Antimaterie-Symmetrie.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie "Nanos", "Substruktur", "Strukturquantenzahl" und "komplexe Farbladung" geprägt.
Wie erklärt das Modell die Materie-Antimaterie-Asymmetrie?
Das Modell schlägt vor, dass beim Urknall Nanos symmetrisch entstanden sind, aber durch lokale Bindungsprozesse und anschließende Zerstrahlung in einem Bindungssee ein inhomogenes Universum mit einem effektiven Verhältnis von 1 zwischen Materie und Antimaterie entstand.
Was ist die "Strukturquantenzahl" T?
T ist eine vom Autor eingeführte additive Quantenzahl (T = 2Q - W), die auch als "Materiequantenzahl" bezeichnet wird und anzeigt, ob ein Teilchen mehrheitlich aus Materie- oder Antimaterie-Nanos aufgebaut ist.
Können mit diesem Modell wirklich Massen berechnet werden?
Ja, im Anhang wird gezeigt, dass sich aus dem Massenindex, der auf den farbmagnetischen Momenten der Nanos basiert, Näherungswerte für die Massenverhältnisse der geladenen Leptonen berechnen lassen, die erstaunlich gut mit experimentellen Daten übereinstimmen.
- Quote paper
- Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Kloppe (Author), 2007, Die Substruktur der Leptonen/Quarksfamilien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/70382
