Wozu 300t Antimaterie mitschleppen?

[IGENMAN^500]

Hätt' da ma ne pregunta:

Wozu schleppen Sternenflottenschiffe haufenweise Antimaterie mit sich rum, die obendrein auch noch hoch gefährlich ist. Es wäre meiner Meinung nach intelligenter, die AM kurz vor der Verwendung aus normaler Materie herzustellen(umwandeln) und sie dann sofort im Warpkern zu "verheizen". Dadurch würde man sich die relativ umständliche Lagerung(Eindämmung, Warpkernbruchgefahr, ...) einfach sparen. Womöglich könnte man die AM auch gleich im Warpkern herstellen.

Was meint ihr?

[Challenger]

Vermutlich weil die Umwandlung mehr Energie braucht als man aus der Materie wieder herausbekommt.

"Und warum tut man das dann überhaupt" wird man sich fragen? Weil Antimaterie der beste Energiespeicher ist den man sich vorstellen kann.

[IGENMAN^500]

Vermutlich weil die Umwandlung mehr Energie braucht als man aus der Materie wieder herausbekommt.

Hmmm, mal gründlich überlegen: Wenn ich Materie ohne Energieaufwand(theoretisch) in AM umwandeln würde, würde ich den Energieerhaltungssatz doch wohl nicht verletzen. Bei E=mc2 ist es egal, ob das Materie oder AM ist! Letztendlich würde ich doch nur die Masse der Materie in Energie umwandeln.

[Plempe]

Wenn ich Materie ohne Energieaufwand(theoretisch) in AM umwandeln würde

Und eben das geht halt nicht und an der Stelle verletzt du den Energieerhaltungssatz. Wenn man es so sieht, ist Antimaterie praktisch negative Materie. Noch dazu würde es schon den Energieerhaltungssatz verletzten, wenn man bei der Herstellung und der sofortigen Verwendung im Warpkern insgesamt Energie herausbekommen würde. Das beste mögliche wäre komplett ohne Verluste plusminus null.

[Lonzak]

Ganz ohne Energieaufwand kann es nicht gehen, denn dann gäbe es ja keinen Grund wieso sich Materie nicht ständig spontan in Antimaterie umwandelt (es gibt ja keine Energiebarriere). Dem ist aber nicht so, sonst würden wir uns sicher nicht unserer Existenz erfreuen
Leider ist unser heutiges Bild von Materie an sich noch viel zu primitiv um Aussagen abzuleiten ob und wie man eine Materieart in eine andere umwandeln kann. Antimaterie hat auf jeden Fall keine negative Masse im Einstein'schen Sinne, denn dann gäbe es ja auch negative Energie (was so gut wie alle Naturgesetze aushebeln würde) Somit ist es egal ob ein Teilchen als Antiteilchen oder als normales Teilchen vorliegt, es hat die gleiche Energie. Damit ist dem Energieerhaltungssatz formal nicht direkt widersprochen.

Dennoch muss ich jetzt mal den Sinn des Beitrags anzweifeln.

Es wäre meiner Meinung nach intelligenter, die AM kurz vor der Verwendung aus normaler Materie herzustellen(umwandeln) und sie dann sofort im Warpkern zu "verheizen".

Denkst du nicht, daß wenn die bei StarTrek das könnten, dann würden sie das auch machen? Die ganze Argumentation klingt wie " es ist doch ein alter Hut, daß man aus Materie ganz einfach Antimaterie machen kann, warum tun die Idioten das denn nicht?"
Offenbar ist es kein alter Hut und diese Art der Technik ist im StarTrek Universum auch nicht entwickelt (wenn sie überhaupt möglich ist).
Da könnte man ja auch fragen, wieso die Sternenflotte nicht einfach die Gravitationskonstante umkehrt wenn ein Schiff auf einen Planeten abzustürzen droht... Sie können es eben nicht! Der Rest erübrigt sich

[McWire]

Laut TNG:TM gibts an Bord jedes Raumschiff der Galaxy-Klasse ein Quantenladungsumkehrgerät (QLUG).

Dieses Gerät kann aus Deuterium Anti-Deuterium herstellen.
Allerdings aus 4 Deuteriumatomen nur 1 Anti-Deuterium-Atom.
Das entspricht einem Wirkungsgrad von 33%, also wahrlich nicht viel und daher nur für den Notfall angedacht.

Wie leicht Antimaterie in der Natur erzeugt werden kann, sieht man anhand der schwachen Wechselwirkung.
Laut dieser ist der sogenannte Beta-Zerfall möglich, der bei der Radioaktivität eine große Rolle spielt.

(n = Neutron, p = Proton, e- = Elektron, e+ = Positron (Anti-Elektron), v = Elektron-Neutrino, v| = Anti-Elektronneutrino)

n -> p + e- + v|
p -> n + e+ + v

Bei der Kernfusion in der Sonne werden aus 4 p ein Heliumkern (Alpha-Teilchen entspricht Summenformel p2n2)

also 4p -> p2n2

daraus folgt

2 p -> 2n + 2e+ + 2v

Damit entstehen in der Sonne bei jedem Fusionsprozess 2 Antielektronen, die sofort mit den umgebenden Eletronen zerstrahlen.

Wenn man also irgendwie die Anti-Elektronen vorher einsammeln könnte, kann man zumindestens einen Teil der benötigten Anti-Teilchen für Antimaterie direkt aus dem Sternenplasma gewinnen.

Schwierig ist nur die Erzeugung von Anti-Protonen, welche heutzutage nur mittels Teilchenkollisionen realisiert werden kann.

Aber ein QLUG welches 4 np - >1 np| umwandelt, ist durchaus nach heutigem physikalischen Verständnis möglich und wiedersprich auch nicht der Materie/Energieerhaltung.

[IGENMAN^500]

Ich meine etwas anderes:

In der Chemie gibt es endotherme(energiefressende) und exotherme(energiespuckende) Reaktionen. Das ist in vielen Fällen auch in der Physik so. Aber ich will nicht durch einen endothermen Vorgang Materie in AM umwandeln, sondern die Masse der Materie durch E=mc2 in Energie umwandeln. Das kann ich durch die Annihilation von Materie mit Antimaterie erreichen. Und da diese Energie bei der Annihilation frei wird, verletzt die Umwandlung von Materie in AM bei (fast) null Energiebedarf NICHT den Energieerhaltungssatz.

Sowohl Materie, als auch Antimaterie sind beides Formen von Energie. Warum sollte ich dann nicht einfach eine bestimmte Masse Materie ohne zusätzlichen Energieaufwand in die gleiche Masse Antimaterie umwandeln können?

Vielleicht habt ihr Recht, dass das in Star Trek nicht geht, aber es sollte prinzipiell möglich sein!

Somit ist es egal ob ein Teilchen als Antiteilchen oder als normales Teilchen vorliegt, es hat die gleiche Energie. Damit ist dem Energieerhaltungssatz formal nicht direkt widersprochen.

Das meine ich mit dem ganzen Herumgerede!

[Challenger]

Warum nicht? Es ist extrem schwer vorstellbar dass dieses Umwandlungsverfahren einen Wirkungsgrad von 100% hat.. ^^

[Lonzak]

2 p -> 2n + 2e+ + 2v

Damit entstehen in der Sonne bei jedem Fusionsprozess 2 Antielektronen, die sofort mit den umgebenden Eletronen zerstrahlen.

Wenn man also irgendwie die Anti-Elektronen vorher einsammeln könnte, kann man zumindestens einen Teil der benötigten Anti-Teilchen für Antimaterie direkt aus dem Sternenplasma gewinnen.

Aber wie die Positronen aus dem Stern rausholen? Die Fusion findet ja zum Glück nur ein paar hundert tausend km im Inneren der Sonne statt. Ich denke, das ist keine Alternative die man in Erwägung ziehen sollte. Auch weil Positronen ca. 1836 mal leichter sind als Protonen. Da sich die kleinen Kerlchen gewaltig abstoßen muss man übelst viel Energie aufwenden um viele davon in kleinem Raum zu speichern. Und zum Dank bekommt man dann nur etwa ein halbes Promille von der Energie raus wie bei Antiprotonen. Ich denke die Positronen kann man auch einfacher herstellen (Stichwort spontane Paarbildung)

Schwierig ist nur die Erzeugung von Anti-Protonen, welche heutzutage nur mittels Teilchenkollisionen realisiert werden kann.

Aber ein QLUG welches 4 np - >1 np| umwandelt, ist durchaus nach heutigem physikalischen Verständnis möglich und wiedersprich auch nicht der Materie/Energieerhaltung.

Nach der heutigen Physik lassen sich Elementarteilchen nicht ineinander umwandeln. (Punkt!)
Man kann höchstens die richtige Menge an Energie in einem Raumpunkt bündeln und dann entsteht ein Teilchen-Antiteilchen-Paar (Vakuumenergie, Paarbildung). Selbst wenn es gelingt ein Quark-Antiquark-Paar zu erzeugen und beide voneinander zu trennen, dann braucht man für ein Antiproton immer noch zwei Anti-up-Quarks und ein Anti-down-Quark. Nur ist gibt es leider das Problem, dass Quarks niemals allein existieren können (Quarkconfinement). Die richtige Anzahl Anti-up-Quarks und Anti-down-Quarks müssen also im Rahmen der Heisenbergschen Unschärferelation gleichzeitig in ziemlich geringem Abstand erzeugt werden. Und für so einen Zufall braucht man ziemlich viele Anläufe = ziemlich viel Energie.

Dieses QLUG ist also scheinbar wieder so ein Gerät welches unbequeme Naturgesetze aushebelt. Mist, jetzt bin ich wieder zu sehr ins Detail gegangen . Ich denke nicht, daß die anderen Forenleser es gutheißen wenn der Beitrag in eine Diskussion über theoretische Teilchenphysik ausartet.

Desshalb:
Ist zwar mehr Fiction als Science, aber trotzdem gutes Teil der QLUG. Der schlechte Wirkungsgrad erklärt immerhin wieso die Antimaterie irgendwo anders hergestellt wird und nicht bei Bedarf auf dem Schiff.

[McWire]

Nach der heutigen Physik lassen sich Elementarteilchen nicht ineinander umwandeln. (Punkt!)
Man kann höchstens die richtige Menge an Energie in einem Raumpunkt bündeln und dann entsteht ein Teilchen-Antiteilchen-Paar (Vakuumenergie, Paarbildung). Selbst wenn es gelingt ein Quark-Antiquark-Paar zu erzeugen und beide voneinander zu trennen, dann braucht man für ein Antiproton immer noch zwei Anti-up-Quarks und ein Anti-down-Quark. Nur ist gibt es leider das Problem, dass Quarks niemals allein existieren können (Quarkconfinement). Die richtige Anzahl Anti-up-Quarks und Anti-down-Quarks müssen also im Rahmen der Heisenbergschen Unschärferelation gleichzeitig in ziemlich geringem Abstand erzeugt werden. Und für so einen Zufall braucht man ziemlich viele Anläufe = ziemlich viel Energie.

Erstmal ist dein erstes Statement völliger Quark (man beachte den Gag )

Natürlich lassen sich Elementarteilchen ineinander umwandeln, sonst gäbe es keine Radioaktivität (Punkt!)

Man kann ruhig auchmal ein wenig in theoretischer Physik diskutieren, da meiner Erfahrung die meisten Star Trek Fans zumindestens Schulphysik intus haben und Star Trek wohl eine der am stärksten Physik-basieren Sci-Fi-Serien im ganzen Genre ist.

Es gibt sogar Hyperonen (schwere Baryonen), die in ihrer Zerfallskette Antiteilchen enthalten.

Ein Antiteilchen ist mit einem Teilchen äquivalent, nur die Quantenladungen sind umgekehrt (magnetische Moment, elektrische Ladung, Leptonenzahl, Baryonenzahl, Strangeness, etc. pp)

Mit unseren heutigen Teilchenbeschleunigern nehmen wir 2 Teilchen, beschleunigen sie bis auf ein paar Promille an die Lichtgeschwindigkeit, um ihre Masse zu vergrößern und lassen sie kollidieren.
Dabei werden z.B. die Protonen aufgebrochen und es entsteht für sekundenbruchteile eine Art See aus einen Gewirr von Teilchen, die sich zu neuen Teilchen zusammenfügen und anschließend in einer mehr oder weniger langen und komplizierten Zerfallskette in stabile Endteilchen zerfallen.

Unter ganz bestimmten Bedingungen entstehen dabei hochenergetische Photonen, die wiederum mit sich selbst kollidieren und ein Teilchen/Anti-Teilchen-Paar bilden, dass man trennen kann, z.b. mit einem Magnetfeld, da umgekehrte Ladungen zu unterschiedliche Bewegungsrichtungen relativ zu den Feldlinien führen.

Es ist zwar immer ein Umweg über die Photonen, aber es geht.

Jetzt ist allerdings die Frage, ob der Weg über Photonen der einzige Weg zur Erzeugung von Teilchen/Anti-Teilchen-Paaren ist.

Alleine die Existenz des Beta-Zerfall zeigt, dass in der Natur spontan Antimaterie entstehen kann, wenn auch nur in der Form eine Positron (Anti-Elektron.)

Übrigends braucht man ja nichtmal die Sterne für die Positronen, denn es gibt auch den Beta-Plus-Zerfall der Positronen erzeugt.
Ein Nuklid wandelt sich dabei in ein Nuklid mit einer um 1 verringerten Ordnungszahl um, wobei die Massenzahl konstant bleibt.
Leider zerstrahl das Positron ziemlich schnell mit einem Atomhüllenelektron zu EM-Strahlung.
Würde man die Beta+-Strahlenden Isotope vorher ionisieren, könnte man die Positronen einfach "abzapfen".
Versuche dazu gibts schon.

Nur die Erzeugung von Anti-Protonen und gar Anti-Neutronen aus normaler Materie ohne Kollision und Umweg über hochenergetische Photonen ist uns noch nicht gelungen.
Aber diese Umwandlung ist grundsätzlich nicht unmöglich, solange die Erhaltungssätze eingehalten werden.
Erhaltung der Energie/Masse
Erhaltung der Ladung (daran scheiterts ja beim Antiproton)
Erhaltung der anderen Quantenzahlen (daran scheiterts beim Antineutron)

Man müsste quasi eine Umwandlung haben die aus einem Proton ein Antiproton macht und dabei 2 positiv geladenen Teilchen zur Ladungserhaltung aussendet.
Das könnten z.B. positiv geladene Mesonen sein.
Allerdings scheiterts da wieder an anderen Erhaltungsgrößen.

Aber wo eine Wille ist und eine Hintertür in der Physik, ist auch ein praktischer Umsetzungsweg.

[Lonzak]

Erstmal ist dein erstes Statement völliger Quark (man beachte den Gag )

Natürlich lassen sich Elementarteilchen ineinander umwandeln, sonst gäbe es keine Radioaktivität (Punkt!)

OK, da hast du natürlich Recht, ich habe mich in diesem Punkt wirklich unklar ausgedrückt. Die Umwandlung von Elementarteilchen geht selbstverständlich. Das kommt davon, wenn man nicht denkt beim Schreiben. Ich meinte die Umwandlung eines relativ komplexen Gebildes wie einem Baryon in sein entsprechendes Antiteilchen. (Mehr dazu gleich.)

[I]Man kann ruhig auchmal ein wenig in theoretischer Physik diskutieren, da meiner Erfahrung die meisten Star Trek Fans zumindestens Schulphysik intus haben und Star Trek wohl eine der am stärksten Physik-basieren Sci-Fi-Serien im ganzen Genre ist.

Echt lustig! Die Schulphysik nützt bei der ernsthaften Diskussio dieses Themas etwa so viel wie die Kenntnis ein Ikea-Regal zusammenzubauen bei der Endmontage eines Airbus.
Aber egal, reden wir über theoretische Physik und versuchen die Diskussion etwas zu ordnen.

Ich denke, wir sind uns einig, daß die "Herstellung" von Antileptonen kein Problem ist. Ich habe mehrfach begründet wieso, du hast mehrfach begründet wieso, darüber brauchen wir nicht weiter zu diskutieren.

Man müsste quasi eine Umwandlung haben die aus einem Proton ein Antiproton macht und dabei 2 positiv geladenen Teilchen zur Ladungserhaltung aussendet.
Das könnten z.B. positiv geladene Mesonen sein.
Allerdings scheiterts da wieder an anderen Erhaltungsgrößen.

Und genau die von dir erwähnten Erhaltungsgrößen sind ja das Problem. Bei der Umwandlung eines Protons in ein Antiprotons ändert sich die Ladung um -2 , die Baryonenzahl um -2 und der Isospin um -1.
Das heißt, dass dabei zwei Teilchen entstehen müssten, mit positiver Ladung, einer Baryonenzahl von je 1 und einem Isospin von 1/2. Und mir fällt jetzt spontan kein nach dem Quark-Modell mögliches Teilchen ein, welches diese Eigenschaften hat. Wie du schon richtig erkannt hast, können es keine Mesonen sein, denn da passt es halt nur mit der Ladung und nicht mit der Baryonenzahl. Wenn du die Zeit dazu hast dich damit genauer auseinanderzusetzen und eine Lösung findest, dann bin ich ganz Ohr. Ich für meinen Teil habe diese Zeit leider nicht ( 8 Quantenzahlen sind mir entschieden ein paar zu viel)
Meiner Meinung nach wäre eine Konversion von p+ zu p- nicht ohne imense Mengen von Energie möglich und kein Ergebnis z.B. irgendeines induzierten "spontanen Zerfalls".
So ich mach jetzt Wochenende! Schönes selbiges an alle, die es durchgehalten haben das Thema weiterzuverfolgen

[scorp3000de]

Äh Ok wo wart ihr nochmal Profesoren für was????

Ok mein einwurf passt jetzt Glaubich nicht gans, aber wenn ich das richtig sehe sind doch Atome nur Gebilde die sich aus Kleineren Teilchen zusammensetzen die sich immer in bewegung befinden, Richtig?

Was würde eigentlich passieren wen mann diese Bewegung Stoppen würde????

nicht das es Technisch möglich wäre... nur so in den Raum geworfen...
Im entefeckt sind wir demnach alle nur lebewesen deren einzelteile sich Ständig bewegen... sowas wie Fest Stehende Materie Gibtz ja demnach garnicht...

Da fält mir ein wenn sich was nicht bewegt Elektronen und co hat man den apsoluten Nulpunckt... richtig????

Ok viel Spas beim Drüber kaputlachen oder Diskutieren... lol Soviel zu meiner Schull Phüsick 4....

[McWire]

Also ich bin "nur" Student der Informatik
Elementarteilchen und Quantenphysik ist so schräg es für manche klingt ein Hobby von mir, was ich seit der 8. Schulklasse nebenher betreibe.
(Habe auch eine recht ansehnlich Büchersammlung über dieses Thema *angeb * )

Also wenn du Materiebewegungen absolut anhältst, bekommst du eine innere kinetische Energie (Bewegungsenergie) von Null und damit auch eine Temperatur von absolut Null heraus.

Hingegen kann man z.B. Elektronen in der Atomhülle nicht "anhalten", da diese sich im eigentlichen Sinne garnicht bewegen.
Sie sind quasi in Form einer stehenden Welle (Stichwort: Teilchen-Welle-Dualismus) über ein bestimmtes Energieniveau verteilt und es gibt nur gewisse Aufenthaltswahrscheinlichkeiten für das einzelne Elektron.

Und aufgrund der Heißenbergenschen Unschärferelation oszillieren (schwingen) ohnehin alle Teilchen ab einer gewissen Größenordnung.

[Lonzak]

Ich bin auch nur Student. Zwar der Physik, aber Teilchenphysik oder Quantentheorie sind auch nicht die Gebiete auf dem ich forsche. Es war mal vor laanger Zeit ein kleines Hobby für mich, aber mehr als die Standardwerke besitze ich eigentlich nicht.

Die Frage hat Charan ja schon ganz gut beantwortet. In der Quantenwelt ist Bewegung eben nicht das, was man aus dem Makrokosmos kennt. Die meisten Wechselwirkungspotentiale (Elektronen im Atom, Quarks in Atomkernen, Photonen etc.) besitzen eine Nullpunktsenergie, das bedeutet, daß auch beim absoluten Nullpunkt sie diese Energie haben. Mit der Energie ist auch eine bestimmte Frequenz verbunden, mit dieser Frequenz eine Wellenlänge und mit der Wellenlänge ein Impuls (deBroglie). Und der Impuls ist makroskopisch betrachtet einfach Geschwindigkeit mal Masse. Aber wie Charan schon richtig geschrieben hat, sorgt die Heisenbergsche Unschärfe dafür, daß selbst freie Teilchen nicht absolut ruhen können.

[Hades]

Sorry wegen dem Off topic

Ich bin vor ein paar Tagen in einem Roman, in dem Terroristen aus CERN eine Probe Antimaterie stahlen über Begriffe gestolpert wie: Hadronen, Mesonen und Baryonen.
Also wissbegieriger Mensch (in Sachen Physik) wollte ich mich letztens darüber weiterbilden.
Aber schon als ich aufs Thema "Quark" stieß, stieß mein Kopf auf Schmerzen.

Kennt jemand eine gute Seite, die mich Schritt für Schritt in die subatomare Physik einleiten kann?
Wikipedia ist mir zu durcheinander und ohne roten Faden.