Warum gibt es Myonen ?

[Sebastian1901]

Ich finde es gut dass wir mit so etwas wie Myonen anfangen, dann können wir uns langsam hocharbeiten und uns am Ende fragen warum es Menschen gibt. Zu Myonen fällt mir volgendes ein: Deren Halbwerszeit ligt bei 10^(-6) Sekunden, sie entstehen in der oberen Erdatmosphäre (in etwa 9-12 Kilometern höhe) durch kosmische Strahlung die auf Moleküle trifft. Nach der klassischen Physik dürften diese Teilchen also auf der Erdoberfläche nachweisbar sein. Weil sie sich aber mit über 99% der Lichtgeschwindigkeit bewegen und dank Einstein mit seiner SRT kommen wir also in den Genuss dieser wunderbaren Teilchen. Ob uns das dem Grund für deren Existenz näher bringt bezweifle ich. Aber man weiss ja nie vielleicht fällt Jemand dazu noch etwas ein.

[irony]

Ich finde es gut dass wir mit so etwas wie Myonen anfangen, dann können wir uns langsam hocharbeiten und uns am Ende fragen warum es Menschen gibt.

Die interessante Frage ist, ob es ohne die Naturgesetze, die die Existenz von Myonen sichern, auch ein vergleichbares Universum mit Menschen geben könnte.

Ohne die Gravitation gäbe es keine Planeten.
Ohne die starke WW und den Quarks keine Atomkerne.
Ohne Elektronen keine Atome.

Ohne Myonen ...

Noch kurioser ist ja die Existenz von Tauonen, nach Elektronen und Myonen die dritte und wahrscheinlich unnötigste Version des geladenen Leptons. Der Wikipedia-Eintrag von Tauon hat dann auch gerade mal nur sechs dünne Zeilen:

Das τ-Lepton, Tauon oder τ-Teilchen ist das schwerste der drei geladenen Leptonen des Standardmodells der Elementarteilchen. Seine Masse beträgt 1,777 GeV/c2 und damit etwa das 3477,5-fache seines leichten Schwesterteilchens, des Elektrons. Seine Lebenszeit beträgt 3 · 10−13 s.

Der Name Tauon, bzw. der Buchstabe tau, stammt von dem griechischen Wort für Drittes (triton), weil das Tauon das dritte geladene elektronenartige Teilchen ist. Es wurde im Jahre 1975 von Martin L. Perl und seinen Mitarbeitern am SLAC bei einer Elektron-Positron Kollision im SPEAR-Ring entdeckt.[1] Insbesondere für diese Entdeckung erhielt Perl im Jahre 1995 den Nobelpreis für Physik.

Für so etwas völlig Nutzloses gab es dann auch noch den Nobelpreis .

[Dannyboy]

Die interessante Frage ist, ob es ohne die Naturgesetze, die die Existenz von Myonen sichern, auch ein vergleichbares Universum mit Menschen geben könnte.

Ohne die Gravitation gäbe es keine Planeten.
Ohne die starke WW und den Quarks keine Atomkerne.
Ohne Elektronen keine Atome.

Ohne Myonen ...

Im "Spektrum der Wissenschaft" war letzten Monat ein Artikel zu diesem Thema.

Fazit: Die Naturgesetze könnten auch anders sein und trotzdem die Evolution des Menschen erlauben. Vor allem die schwache Kernkraft ist eigentlich über.

Aber da das Universum ja nicht für einen Zweck erschaffen wurde, ist es logisch, das es jede Menge zweckloser Dinge enthält

[Mondkalb]

Ich spekuliere gerade mal ein bisschen: In einem Universum, in dem das Myon sehr viel leichter wäre, nur unwesentlich schwerer als das Elektron, wäre es wahrscheinlich sehr viel stabiler. Es könnte dann ebenso an Atome gebunden sein wie das Elektron. Es wäre aber trotzdem noch instabil und würde gelegentlich zerfallen. In einem solchen Universum gäbe es eine zusätzliche Art Radioaktivität, die durch den Zerfall von Myonen in Atomen ausginge.

Faszinierend!

Gäbe es keine schwache Wechselwirkung, könnten sich Neutronen nicht in Protonen umwandeln bzw. umgekehrt. In Sternen könnte kein Helium erzeugt werden. (Laut dem schon erwähnten Spektrum-Artikel). Wenn man weitere Parameter verändert, sodass beim Urknall mehr Deuterium entstünde, wäre die Fusion auf der Basis von Deuterium möglich. Solche Sterne wären sehr viel schwächer und es gäbe wahrscheinlich natürliche Elemente nur bis zum Eisen (Wie furchtbar: Ein Universum ohne Computer und Handy! ).

Es wären sogar stabile Elemente bis mindestens zum Kohlenstoff möglich, wenn man die Quarkmassen verändert. Wären in einem Universum das up- und strange-Quark etwa gleich schwer und das down-Quark sehr viel leichter, könnte es Atome geben, die aus Neutronen und statt des Protons aus einem Baryon namens Sigma minus bestünden (zwei d- und ein s-Quark).

Diese theoretischen Überlegungen werden angestellt, um die Thematik der Feinabstimmung zu untersuchen, die ein großes Problem für die Physik darstellt, weil sie so extrem unwahrscheinlich ist. Deswegen haben viele Physiker lange nach verborgenen Variablen gesucht, die das erklären.

Wenn man davon ausgeht, dass es irgendeine Form von Multiversum gibt oder eine zeitliche oder räumliche Unendlichkeit, die unendlich viele Universen erlaubt, erledigt sich das Problem, weil wir zufällig ein Universum beobachten, das die Feinabstimmung aufweist, während unzählige andere das nicht tun. Es könnte aber auch zahllose anders abgestimmte Universen geben, in denen komplexes organisches Leben möglich ist.

Die Frage nach dem "warum" verschiebt sich damit zumindest auf mehr grundsätzliche Fragen und nicht mehr darauf, warum unser Universum gerade so ist wie es ist. Das ist dann einfach Zufall und es ist Zufall, dass das Myon und das Tauon gerade so schwer sind wie sie sind bzw. dass es sie überhaupt gibt.

[Sebastian1901]

Solche Sterne wären sehr viel schwächer und es gäbe wahrscheinlich natürliche Elemente nur bis zum Eisen (Wie furchtbar: Ein Universum ohne Computer und Handy! ).

Auf Computer und Handys müssten wir dann aber nicht verzichten. Es gäbe immerhin Silicium, welches man mit Bor oder Phosphor dotieren könnte. Zugegeben Kupfer, Gold und Germanium sind auch Wichtig aber nicht unersetzlich. Es gäbe aber kein Selen oder Iod, zwei für den Menschen essentielle Elemente.

[irony]

Ich spekuliere gerade mal ein bisschen: In einem Universum, in dem das Myon sehr viel leichter wäre, nur unwesentlich schwerer als das Elektron, wäre es wahrscheinlich sehr viel stabiler. Es könnte dann ebenso an Atome gebunden sein wie das Elektron. Es wäre aber trotzdem noch instabil und würde gelegentlich zerfallen. In einem solchen Universum gäbe es eine zusätzliche Art Radioaktivität, die durch den Zerfall von Myonen in Atomen ausginge.

Ja, das sind sehr interessante Überlegungen. Wäre die Myonenmasse nur doppelt so groß wie die Elektronenmasse, wären Atome vermutlich total kompliziert aufgebaut. Es gäbe elektronische Atome und auch myonische Atome und wahrscheinlich sogar Atome mit gemischten Hüllen aus Elektronen und Myonen.

Bei Kernzerfällen kämen auch Myonen aus dem Kern usw.
Atome und Moleküle wären sehr kompliziert.

Aber auch, wenn die Myonenmasse ein 10-faches oder 20-faches der Elektronen-Masse betrüge würde es interessant und chaotisch.

Vermutlich muss die Myonenmasse schon deutlich höher als die Elektronenmasse sein, damit sich Störeffekte beim Aufbau der Materie in Grenzen halten.

Interessant wäre ein mathematischer Zusammenhang zwischen Myonenmasse und Lebensdauer eines Myons. Gibt es so etwas ?

Z.B. wie lange würden Myonen mit doppelter Elektronenmasse leben ?

Solche Sterne wären sehr viel schwächer und es gäbe wahrscheinlich natürliche Elemente nur bis zum Eisen (Wie furchtbar: Ein Universum ohne Computer und Handy! ).

Silicium hat die Ordnungszahl 14, Eisen hat 26. Warum sollte es dann keine Computer geben ?

Wenn man davon ausgeht, dass es irgendeine Form von Multiversum gibt oder eine zeitliche oder räumliche Unendlichkeit, die unendlich viele Universen erlaubt, erledigt sich das Problem, weil wir zufällig ein Universum beobachten, das die Feinabstimmung aufweist

Gibt es irgendeine Möglichkeit zu beweisen, dass es dieses Multiversum wirklich gibt und unser Universum nicht das einzige ist ?

[Mondkalb]

Weil man auch alle möglichen seltenen Spurenelemente braucht, es geht ja nicht nur um die Halbleiter an sich sondern auch um weitere Materialien. Es gäbe z. B. kein Kupfer, das ein wesentlicher Bestandteil von Platinen ist.

[irony]

Weil man auch alle möglichen seltenen Spurenelemente braucht, es geht ja nicht nur um die Halbleiter an sich sondern auch um weitere Materialien. Es gäbe z. B. kein Kupfer, das ein wesentlicher Bestandteil von Platinen ist.

Du hast natürlich recht, dass es die Handys wie wir sie heute haben in exakt derselben Weise nicht gäbe.
Aber warum sollte man nicht Titan oder Aluminium statt Kupfer nehmen können ?

Kupfer (Z = 29) hat die elektrische Leitfähigkeit 59,1 · 10^6 A/(V · m)
Titan (Z = 22) hat die elektrische Leitfähigkeit 2,5 · 10^6 A/(V · m)
Aluminium (Z = 13) hat die elektrische Leitfähigkeit 37,7 · 10^6 A/(V · m)


Kupfer ist also zwar deutlich leitfähiger, aber Titan oder Aluminium könnten es trotzdem tun.

Das Problem ist wohl nicht, dass es keine Handys gäbe, sondern keine Menschen.

[Mondkalb]

Gibt es irgendeine Möglichkeit zu beweisen, dass es dieses Multiversum wirklich gibt und unser Universum nicht das einzige ist ?

Wohl kaum.

Man kann höchstens indirekte Schlussfolgerungen ableiten.
Falls eine der grundsätzlichen Theorien sich in weiten Teilen bestätigen ließe, z. B. die M-Theorie, könnte man Indizien ableiten.

Bei einer zeitlichen Abfolge von Universen, falls unseres ein Vorgängeruniversum hatte, lassen sich vielleicht ebenfalls Hinweise finden.

Wenn verschiedene Universen auf Branen nebeneinander existieren würden, könnte man möglicherweise über gravitative Beeinflussungen Hinweise finden.

Jeder noch so kleine Hinweis beseitigt jedenfalls die Frage nach der Feinabstimmung. Wenn es sehr viele Möglichkeiten gibt, ein Universum zu realisieren, dann ist unseres eben nicht mehr so unwahrscheinlich.

.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Mondkalb schrieb nach 1 Minute und 44 Sekunden:

Du hast natürlich recht, dass es die Handys wie wir sie heute haben in exakt derselben Weise nicht gäbe. Aber warum sollte man nicht Titan statt Kupfer nehmen könnne ?

Titan (Z = 22) hat die elektrische Leitfähigkeit 2,5 · 10^6 A/(V · m)
Kupfer (Z = 29) hat die elektrische Leitfähigkeit 59,1 · 10^6 A/(V · m)

Kupfer ist also zwar deutlich leitfähiger, aber Titan könnte es trotzdem tun.

Das Problem ist wohl nicht, dass es keine Handys gäbe, sondern keine Menschen.

Meine Bemerkung war ja auch mehr als Witz gemeint. Ob es überhaupt intelligente Wesen geben könnte ist natürlich eher die Frage. Aber die Technik würde sich schon drastisch unterscheiden.

[irony]

Wenn verschiedene Universen auf Branen nebeneinander existieren würden, könnte man möglicherweise über gravitative Beeinflussungen Hinweise finden.

Dass verschiedene Universen über die Gravitation miteinander zusammen hängen, ist eine interessante Vorstellung.

Was mir noch nicht klar ist, wie viele Dimensionen unser Universum (Raum und Zeit) nun eigentlich wirklich hat, und wie sich das auf die Massen von Elementarteilchen auswirkt. Vielleicht sind Myonen und Elektronen wirklich dasselbe, nur dass Myonen in irgendwelchen zusätzlichen Raumdimensionen ein Übermaß an zusätzlicher Masse erhalten.

Wie führt denn die Stringtheorie die Masse eines Elementarteilchens ein ?
Als Parameter, oder kann sie dort abgeleitet werden ?

[Mondkalb]

Die Masse des Teilchens wird durch die Schwingungsenergie des Strings bestimmt.

Die Arten und Massen der Teilchen hängen dann von der Form und der Größe der Extradimensionen ab, die von den Stringtheorien postuliert werden. Diese zusätzlichen Dimensionen sind irgendwie aufgerollt und ineinander verwunden.

[irony]

Die Masse des Teilchens wird durch die Schwingungsenergie des Strings bestimmt.

Die Arten und Massen der Teilchen hängen dann von der Form und der Größe der Extradimensionen ab, die von den Stringtheorien postuliert werden. Diese zusätzlichen Dimensionen sind irgendwie aufgerollt und ineinander verwunden.

Dann könnten Elektronen und Myonen nach der Stringtheorie im Prinzip dasselbe Teilchen sein, nur dass Myonen wesentlich mehr Schwingungsenergie haben und sich irgendwie anders in den Extradimensionen verknoten ?

[Mondkalb]

Es gibt überhaupt keine Teilchen - es gibt nur Strings (und Branen). Die Strings sind eindimensionale Fäden, die je nach Struktur der zusammengefalteten Zusatzdimensionen auf verschiedene Weise schwingen können. Das Schwingungsmuster bestimmt dann die Art des Teilchens, das der String repräsentiert und die Energie die Masse.

Das hat natürlich eine außerordentliche Eleganz: Es gibt keinen Elementarteilchenzoo mehr sondern nur eine oder besser zwei Sorten: Strings und Branen (Branen sind zweidimensionale Strings, also Flächen). Es gibt auch nicht mehr einen mysteriösen Unterschied zwischen Materie und Energie, sondern es gibt nur noch Energie, die sich unter Umständen als Teilchen mit Masse manifestiert.

[irony]

Es gibt überhaupt keine Teilchen - es gibt nur Strings (und Branen). Die Strings sind eindimensionale Fäden, die je nach Struktur der zusammengefalteten Zusatzdimensionen auf verschiedene Weise schwingen können. Das Schwingungsmuster bestimmt dann die Art des Teilchens, das der String repräsentiert und die Energie die Masse.

Das hat natürlich eine außerordentliche Eleganz: Es gibt keinen Elementarteilchenzoo mehr sondern nur eine oder besser zwei Sorten: Strings und Branen (Branen sind zweidimensionale Strings, also Flächen). Es gibt auch nicht mehr einen mysteriösen Unterschied zwischen Materie und Energie, sondern es gibt nur noch Energie, die sich unter Umständen als Teilchen mit Masse manifestiert.

Ich glaube, dieses Konzept gefällt mir sehr gut. Dann wären also auch Quarks und Leptonen einfach nur Strings in verschiedenen Zuständen. Auch die Auslöschung von Materie mit Antimaterie könnte man sicher so erklären (Schwingungen, die einander aufheben) .

[Halman]

Auch die Auslöschung von Materie mit Antimaterie könnte man sicher so erklären (Schwingungen, die einander aufheben) .

Da bin ich mir nicht sicher. Sind Photonen nicht auch Schwingungen von Strings? Immerhin verstahlt Materie und Antimaterie in Gamma-Strahlung und verschwindet nicht einfach in einer Interferenz.