Teilcheneigenschaften

In fast jedem einführenden Text zur Quantenmechanik findet man die Aussage, Quantenobjekte hätten Wellen- und Teilcheneigenschaften. Während man sich unter Welleneigenschaften durch den Vergleich mit Wasser- oder Schallwellen noch gut etwas vorstellen kann, ist das für Teilcheneigenschaften schon etwas schwieriger. Ich möchte hier deshalb kurz ausführen, welche Eigenschaften Teilchen haben und inwiefern man diese Eigenschaften bei Quantenobjekten wieder findet.

Kleine Kugeln

In Lehrbüchern werden Elementarteilchen oft als kleine (meist bunte) Kugeln dargestellt. Man stellt sich die Teilchen also als kleine, vielleicht punktförmige Objekte mit eng definierten Grenzen vor. Auf der Seite zur Lokalität von Quantenteilchen möchte ich zeigen, wie man die Größe von Quantenobjekten definieren kann.

Nur ganze Stücke

Eine von Form und Ausdehnung unabhängige Eigenschaft von Teilchen ist, dass man sie zählen kann und sie, wenn sie unteilbar sind, nur in ganzen Zahlen auftreten. Diese Eigenschaft haben tatsächlich alle Quantenobjekte. Sie wird als Quantisierung bezeichnet. Quantisierung wurde erstmals von Max Planck eingeführt um die Strahlung schwarzer Körper zu erklären.

Niels Bohr führte die Quantisierung des Drehimpuls ein um die Spektrallinien eines Wasserstoffatoms zu erklären. Nicht nur die Quantenteilchen selbst sondern auch die Bewegungszustände der Teilchen haben also Teilcheneigenschaften.

Teilchenerhaltung

Von klassichen Teilchen erwartet man eine gewisse Stetigkeit. Sie sollten zumindest für eine gewisse Zeit stabil existieren und nicht ohne weiteres verschwinden oder entstehen. Dass ein Teilchen in seine Bestandteile zerbricht, ist sicher nichts ungewöhnliches. Man erwartet von klassischen Teilchen aber nicht, dass aus ihnen neue Dinge entstehen, die es vorher nicht gab.

In der Quantenmechanik gibt es keine strenge Erhaltung von Teilchen. Teilchen können erzeugt und vernichtet werden. So kann man mit einer einfachen Antenne oder einer Taschenlampe beliebig viele Photonen erzeugen. Die Photonen der Taschenlampe werden dann zum Beispiel im Auge wieder vernichtet. Für andere Teilchen gibt es dagegen Erhaltungsgesetze. So können Leptonen oder Baryonen nicht ohne weiteres erzeugt oder vernichtet werden. Es gibt eine Leptonenzahl-Erhaltung und eine Baryonenzahl-Erhaltung. Dennoch können beide Teilchenarten auch erzeugt werden und zwar immer Paarweise ein Teilchen mit einem Antiteilchen. Dieser Prozess heißt Paarerzeugung. Antiteilchen und Teilchen können sich aber auch gegenseitig vernichten wobei neue Teilchen entstehen können.

Die Welt wie wir sie kennen ist nur deshalb stabil, weil sie fast ausschließlich aus Materie besteht und keine Antimaterie vorhanden ist. Die Atomkerne bestehen aus Baryonen, die Elektronen sind Leptonen. Damit können die Bestandteile eines Atoms nicht einfach vernichtet werden.

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Letzte Änderung: 11.07.2004