Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Freitag, 14. Februar 2020

Wie sag ichs meinem Alien? Teil 14: Nun kommen die Kaonen

Alles wäre ja so einfach, wenn man sich die Kaonen als Teilchen vorstellen könnte...es sind aber Zustände mit Eigenschaften, die sich nur bei bestimmten Messungen offenbaren.

Das ist so ähnlich wie bei den Neutrinos.

Auch bei den Kaonen gibt es Schwebungen oder Überlagerungen. Auch hier muss man Pfeile addieren oder Wellen zur Schwebung bringen...je nachdem welches anschauliche Bild man bemüht.

Bei den Kaonen  werden wir aber diese Veranschaulichungen nicht mehr bemühen, sondern gleich einfach nur alles in der Sprache der Eigenschaften beschreiben. Zusätzlich kommt noch hinzu, dass die Kaonen auch alle zerfallen, sie sind instabil, und somit geben sie ihre Eigenschaften ab.
K0 zerfällt in ein negatives Pion, ein Positron und ein Antielektronenneutrino
AK0 zerfällt in ein positives Pion, ein Elektron und ein Anti-Elektronenneutrino.

 Im letzten Post haben wir K0 und das Antiteilchen AK0 durch die Quarkzusammensetzung bestimmt. Da diese Quarks durch die starke Kraft zusammengehalten werden, nennt man das auch die Kaonen - Eigenzustände der starken Kraft.
Sobald also die starke Kraft im Spiel ist, "sieht" sie diese Teilchen K0 und AK0 so wie wir sie beschrieben haben.

Die Ausbreitung wird aber (wie bei den Neutrinos) durch Massen bestimmt.
Bei den Neutrinos hatten wir drei Masseneigenzustände, hier bei den Kaonen haben wir zwei Masseneigenzustände, man nennt sie KKurz und KLang (K-L bzw. K-Lang gesprochen).
KKurz ist eine Mischung aus K0 und AK0, wobei die beiden Zustände addiert werden:
  KKurz = K0 + AK0   (habe Normierungsfaktoren weggelassen)
Addieren heißt hier: Die Pfeile, die die Zustände angeben, werden wie Vektoren addiert.
KLang ist ebenfalls eine Mischung aus K0 und AK0, aber jetzt wird subtrahiert (die Pfeile werden voneinander abgezogen):
 KLang = K0 - AK0

Die beiden "Ausbreitungszustände" KKurz und KLang heißen in der Tat so, da sie unterschiedlich lange leben, bevor sie zerfallen:
KLang besteht aus einer kleinen Differenz von Eigenschaften, ist langlebig (ca. 50 ns, ns: Nanosekunden, milliardstel Sekunde)
KKurz zerfällt schneller: die mittlere Lebensdauer beträgt 0,09 ns.

Normalerweise wären die Kaonen und ihre Antiteilchen beim Austausch im Verhalten identisch, wenn man noch Eigenschaften spiegelt (CP-Invarianz, siehe früherer Post).
Das stimmt aber nicht, es gibt winzige Abweichungen, die dafür sorgen, dass in einem reinen KLang-Strahl auch immer ein KKurz - Anteil ist und umgekehrt.

Eigentlich sollte, wenn Materie und Antimaterie wirklich symmetrisch wäre, in einem KLang-Strahl der Anteil von K0 und AK0 gleich stark sein. Ist er aber nicht...
Der Zerfall eines KLang-Strahles in ein negatives Pion und ein Positron ist um 0,66% stärker als in ein  positives Pion und ein Elektron.

Ein Antielektron kommt also zu 0,66% häufiger aus einem KLang-Strahl als ein Elektron....

Damit haben wirs...wir können Materie und Antimaterie absolut unterscheiden.

Die Bauanleitung und Versuchsanleitung schreiben wir im letzten Post dieser Reihe...das kann man dann übersetzen und an die Aliens senden...

Es gibt übrigens noch eine direkte Zerfallsart der neutralen Kaonen in zwei bzw. drei Pionen...aber da ist der Unterschied tausendmal schwächer...wollen wir uns und den Aliens nicht zumuten...

Bild: Supercomputer beim LHC im CERN...damit werden solche Experimente ausgewertet...




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