P 129: Kuriositätenkabinett

Zum Schluss noch einige exotische Atomarten, die aber inspirierend für Aufgaben sind: 

21.13 Exotische Atome

21.13.1 Myonische Atome

Myonen sind Elementarteilchen, die man als Eltern der Elektronen bezeichnen kann.

In etwa 2 Mikrosekunden wandelt sich das Myonen in das stabile Elektron um. Da in unserem Kosmos keine Eigenschaften entstehen oder verschwinden dürfen, wird die Myoneneigenschaft (was auch immer das ist...) von einem Myonen-Neutrino gerettet, während die entstehende Elektroneneigenschaft (schließlich gabnes vorher ja kein Elektron) durch ein Anti-Elektronenneutrino kompensiert wird.

Uni Bonn

In den 2 Mikrosekunden der Myonenexistenz ist es Forschenden des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz 2021 gelungen, beide Elektronen des Heliums durch Myonen zu ersetzen.

Schon 2010 waren sie mit "myonischem Wasserstoff" erfolgreich.

Was bringt das?

Das Myon hat die 207-fache Elektronenmasse und kreist anstelle des Elektrons um den Kern.

Erst nachdenken, dann weiterlesen...

Die Zentralkraft hat die Formel F = m*v²/r, d.h. man braucht die 207-fache Kraft um das fette Myon auf der Bahn zu halten....

Da gibt es nur eins: das Myon muss dichter am Atomkern sein.

Und in der Tat, es produziert alle bekannten Spektrallinien, nur bei kürzeren Wellenlängen.

Wie ihr leicht an den Formeln sehen könnt, steigt auch die Energie und damit die Frequenz um den Faktor 207.

Wir lernen: Unser Modell funktioniert auch für Ungewöhnliches...

Aber die Forschenden des PSI haben noch mehr erreicht:

Sie haben ein Myon einem Bleiatom untergejubelt...Da hat der Atomkern eine Ausdehnung von 6,7 fm, die Myonenbahn einen Radius von 3 fm...

Das Myon umkreist den Kern im Kern...

Wenn es jetzt Quantensprünge macht (man hat ja 2 Mikrosekunden Zeit) können die beobachteten Wellenlängen sogar Informationen  über die Strzktur des Atomkerns enthalten.

Selbst bei Helium hat das geklappt. Im Januar 2021 konnte das PSI neue, genauere Daten über den Heliumatomkern veröffentlichen. Er hat einen Radius von 1,67824 fm.

21.13.2 Anti-Atome

Zu jedem Teilchen gibt es ein Anti-Teilchen, bei dem alle Eigenschaften entgegengesetzt sind. Für uns ist das die elektrische Ladung, die das Vorzeichen ändert.

Uni Wuppertal

 Photonen sind übrigens ihre eigenen Antiteilchen.

Das Anti-Teilchen zum Elektron ist das Positron, es ist positiv geladen und wurde 1935 entdeckt.

Das Anti-Proton ist negativ geladen und besteht aus Anti-Quarks.

Unser Kosmos besteht wohl nur aus Materie, weil sich alle vorhandenen Paare aus Materie und Antimaterie unmittelbar beim Urknall vernichtet haben und die Photonen der kosmischen 3 K-Strahlung erzeugt haben.

Aus welchem Grund auch immer gab es ein Ungleichgewicht zugunsten der Materie:

Auf 1 Milliarden Anti-Teilchen gab es (1 Milliarden + 1) Teilchen.

Aus diesem Überschuss ist unser Kosmos entstanden.

Heute können wir Antimaterie künstlich durch Beschleunigung und Zusammenstöße von Protonen und Elektronen erzeugen. Manchmal entstehen sie auch bei Radioaktivität. Mit Positronen arbeitet man auch in der medizinischen Diagnostik.

Aber sobald Antimaterie auf Materie trifft, vernichten sich beide zu Gammastrahlen (Photonen hoher Energie).

Alles Alltag geworden...

Beim CERN/LHC in der Schweiz kann man Anti-Protonen herstellen.

Antiprotonenfabrik beim CERN

 1996 ist es gelungen, die negativ geladenen Anti-Protonen mit den positiv geladenen Positronen (aus radioaktiven Natrium) zusammen zu bringen.

Etwa 15 000 Anti-Wasserstoffatome haben sich für ganz kurze Zeit gebildet.

Dann verschwand alles in einem Gammablitz.

Aber in dem kurzen Zeit konnte man die Spektren des Anti-Wasserstoffs aufnehmen: Balmer- und Lymanserie waren den Wellenlängen , wo sie auch bei Wasserstoff sind.

Die Anti-Welt verhält sich exakt so wie die Welt.