Physik-Frage - Betazerfall

    • Praepman
      Praepman
      Bronze
      Dabei seit: 02.11.2006 Beiträge: 5.912
      Hi,

      kann mir jemand sagen warum das Eneriespektrum beim Beta-Zerfall kontinuierlich ist im Gegensatz zu Alpha- und Gamma-Strahlung, welche sich auf diskreten Energiespektren bewegen sollen?

      Kann mir das nicht so wirklich erklären. Im Grunde wird ja immer genau ein Elektron (bzw. Positron) frei. Ist die kinetische Energie die diese Teilchen dann besitzen variabel? Vielleicht abhängig von der Kernladungszahl des Atoms, welches die Strahlung abgibt, weil der positive Kern dann das Elektron gleich wieder abbremst?

      Wenn ich diesen Gedanken weiter denke, dann komme ich auf die Idee, dass die Kernladungszahl ja bei jedem Beta-Zerfall um 1 zunimmt, was später entstehende Teilchen mit einer geringeren Geschwindigkeit entstehen lassen würde, weil sie einer höheren Kernladung entgegenstehen.

      macht das sinn?
  • 8 Antworten
    • queasyy
      queasyy
      Bronze
      Dabei seit: 31.01.2007 Beiträge: 536
      Stichwort Antineutrino: http://pages.unibas.ch/phys-ap/vers78/anl78.htm
    • Praepman
      Praepman
      Bronze
      Dabei seit: 02.11.2006 Beiträge: 5.912
      muss ehrlich sagen, dass mir als Medizinstudent die Kenntnisse fehlen diese Seite wirklich zu begreifen. Ich weiß zwar nun, dass auch Antineutrinos frei werden, aber inwiefern haben die denn mit dem kontinuierlichen Spektrum zu tun? Sie besitzen den selben Spin wie die Elektronen, was dazu führt, dass ein ganzzahliger Kernspin weiterhin vorhanden ist...würde ja nicht funktionieren, wenn nur ein Elektron mit 1/2 Spin frei würde.

      Aber wie beeinflusst denn nun dieses neutrino genau die kinetische Energie der Elektronen? Sicher muss die bei dem Zerfall des Neutrons frei werdende Energie auf beide Teilchen verteilt werden...aber wieso geschieht dies nicht konstant und wir hätten ein konstantes Spektrum? Ist es so, dass ein Elektron nur eine gewisse kinetische Energie erreichen kann und E(kin) so einen maimalwert erreicht?

      Danke schon mal
    • Cyclonus
      Cyclonus
      Bronze
      Dabei seit: 17.01.2005 Beiträge: 1.414
      Original von Praepman
      muss ehrlich sagen, dass mir als Medizinstudent die Kenntnisse fehlen diese Seite wirklich zu begreifen. Ich weiß zwar nun, dass auch Antineutrinos frei werden, aber inwiefern haben die denn mit dem kontinuierlichen Spektrum zu tun? Sie besitzen den selben Spin wie die Elektronen, was dazu führt, dass ein ganzzahliger Kernspin weiterhin vorhanden ist...würde ja nicht funktionieren, wenn nur ein Elektron mit 1/2 Spin frei würde.
      Nicht ganz, würde sich das Neutron nur in Proton + Elektron umwandeln, so hätte man aus einem Spin1/2 Teilchen 2 Spin1/2 Teilchen erzeugt, dies verstößt gegen einen fundamentalen Erhaltungssatz (Teilchenzahl). Da das
      Antimaterieneutrino allerdings einen Spin von -1/2 hat, frisst es sozusagen einen der +1/2 Spins wieder auf, so das die Teilchenzahl gewahrt ist. Man kann Teilchen und Antiteilchen im Bezug auf die Teilchenzahl relativ einfach addieren und subtrahieren.

      Original von Praepman
      Aber wie beeinflusst denn nun dieses neutrino genau die kinetische Energie der Elektronen? Sicher muss die bei dem Zerfall des Neutrons frei werdende Energie auf beide Teilchen verteilt werden...aber wieso geschieht dies nicht konstant und wir hätten ein konstantes Spektrum? Ist es so, dass ein Elektron nur eine gewisse kinetische Energie erreichen kann und E(kin) so einen maimalwert erreicht?
      Wenn nur ein Teilchen frei würde, hätte man ein System aus zwei Teilchen bei der Reaktion, Neutron -> Proton (bzw. den dranhängenden Restkern) + Elektron. Bei der Reaktion wird immer die gleiche Energie aus der Bindung freigesetzt. Da man ein Zweiteilchensystem hat und Energie und Impulserhaltung gelten müssen, gibt es nur eine "Einstellungsmöglichkeit" für die kinetische Energie des Elektrons.
      Deshalb gibt es z.B. auch beim Alphazerfall nur diskrete Energiestufen, eben eine für jeden der quantisierten Übergänge des Kerns.

      Wie oben beschrieben muss hier aber Aufgrund der Teilchenerhaltung ein drittes Teilchen existieren. Für ein Dreiteilchensystem gibt es allerdings beliebig viele Möglichkeiten, Energie und Impuls der Teilchen zu realisieren, ohne die jeweiligen Erhaltungssätze zu verletzten. Es treten dann verschiedene Winkel zwischen der Austritts"bahn" von Elektron und Neutrino auf.
      Das ganze ist mehr oder weniger zufällig, wie so oft in der Quantenphysik gibt es aber eine Art Verteilungsfunktion, es gibt also bestimmte Odds, das diese oder jene Energieverteilung so und so wahrscheinlich auftritt. Das ganze lässt sich quantenmechanisch berechnen.

      Die maximale Energie, die das Elektron erreichen kann, enspricht natürlich in etwa der bei der Reaktion entstehenden Gesamtenergie, wenn das Neutrino also nahezu gar keine Energie aufnimmt.
    • Praepman
      Praepman
      Bronze
      Dabei seit: 02.11.2006 Beiträge: 5.912
      ok, ich glaube ich habe das ganze jetzt begriffen.

      Das Spektrum bezeichnet also die zufällige, aber doch nicht ganz so zufällige, statistische Verteilung der kinetischen Energie auf die beiden Teilchen. Darunter kann ich mir doch was vorstellen :)

      Thx!!!
    • hornyy
      hornyy
      Bronze
      Dabei seit: 01.09.2006 Beiträge: 19.868
      ;( bin ich dir nichtmehr gut genug???
    • Praepman
      Praepman
      Bronze
      Dabei seit: 02.11.2006 Beiträge: 5.912
      sorry hornyy...aber du bist einfach nie da wenn ich dich am nötigsten brauche :evil:
    • KittenKaboodle
      KittenKaboodle
      Bronze
      Dabei seit: 29.01.2006 Beiträge: 3.527
      Original von Cyclonus
      Original von Praepman
      muss ehrlich sagen, dass mir als Medizinstudent die Kenntnisse fehlen diese Seite wirklich zu begreifen. Ich weiß zwar nun, dass auch Antineutrinos frei werden, aber inwiefern haben die denn mit dem kontinuierlichen Spektrum zu tun? Sie besitzen den selben Spin wie die Elektronen, was dazu führt, dass ein ganzzahliger Kernspin weiterhin vorhanden ist...würde ja nicht funktionieren, wenn nur ein Elektron mit 1/2 Spin frei würde.
      Nicht ganz, würde sich das Neutron nur in Proton + Elektron umwandeln, so hätte man aus einem Spin1/2 Teilchen 2 Spin1/2 Teilchen erzeugt, dies verstößt gegen einen fundamentalen Erhaltungssatz (Teilchenzahl). Da das
      Antimaterieneutrino allerdings einen Spin von -1/2 hat, frisst es sozusagen einen der +1/2 Spins wieder auf, so das die Teilchenzahl gewahrt ist. Man kann Teilchen und Antiteilchen im Bezug auf die Teilchenzahl relativ einfach addieren und subtrahieren.

      Original von Praepman
      Aber wie beeinflusst denn nun dieses neutrino genau die kinetische Energie der Elektronen? Sicher muss die bei dem Zerfall des Neutrons frei werdende Energie auf beide Teilchen verteilt werden...aber wieso geschieht dies nicht konstant und wir hätten ein konstantes Spektrum? Ist es so, dass ein Elektron nur eine gewisse kinetische Energie erreichen kann und E(kin) so einen maimalwert erreicht?
      Wenn nur ein Teilchen frei würde, hätte man ein System aus zwei Teilchen bei der Reaktion, Neutron -> Proton (bzw. den dranhängenden Restkern) + Elektron. Bei der Reaktion wird immer die gleiche Energie aus der Bindung freigesetzt. Da man ein Zweiteilchensystem hat und Energie und Impulserhaltung gelten müssen, gibt es nur eine "Einstellungsmöglichkeit" für die kinetische Energie des Elektrons.
      Deshalb gibt es z.B. auch beim Alphazerfall nur diskrete Energiestufen, eben eine für jeden der quantisierten Übergänge des Kerns.

      Wie oben beschrieben muss hier aber Aufgrund der Teilchenerhaltung ein drittes Teilchen existieren. Für ein Dreiteilchensystem gibt es allerdings beliebig viele Möglichkeiten, Energie und Impuls der Teilchen zu realisieren, ohne die jeweiligen Erhaltungssätze zu verletzten. Es treten dann verschiedene Winkel zwischen der Austritts"bahn" von Elektron und Neutrino auf.
      Das ganze ist mehr oder weniger zufällig, wie so oft in der Quantenphysik gibt es aber eine Art Verteilungsfunktion, es gibt also bestimmte Odds, das diese oder jene Energieverteilung so und so wahrscheinlich auftritt. Das ganze lässt sich quantenmechanisch berechnen.

      Die maximale Energie, die das Elektron erreichen kann, enspricht natürlich in etwa der bei der Reaktion entstehenden Gesamtenergie, wenn das Neutrino also nahezu gar keine Energie aufnimmt.
      Erhaltung der Teilchenzahl? Erhalten bleibt Größen wie Energie, Impuls und Drehimpuls usw. aber die Teilchenzahl ganz bestimmt nicht (Antiteilchen sind ja schließlich auch Teilchen). Außerdem ist das Antineutrino ein Spin 1/2 Teilchen, d.h. die z-Komponente des Spins kann die Werte +- 1/2 annehmen (Vermutlich meinst Du die Helizität des Antineutrinos).
    • Janni123
      Janni123
      Bronze
      Dabei seit: 09.11.2006 Beiträge: 2.381
      wieso fragst du mich nicht?