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THEMA: Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik

Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 09. 2018 12:51 #42161

In der Quantenelektrodynamik wird die elektromagnetische Wechselwirkung durch
den Austausch von (virtuellen) Photonen beschrieben.

Feynman Diagramm

Wie unterscheiden sich diese Photonen:

Wenn sie eine magnetische oder eine elektrostatische Kraft übertragen?
Wenn sie eine anziehende oder eine abstoßende Kraft übertragen?

Bei anzeihender Kraft müssten ja negativer Impuls übertragen werden?

Vielen Dank

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 14 02. 2020 15:46 #65230

Erstmal stimmt die Aussage, dass die elektromagnetische Wechselwirkung durch den Austausch von virtuellen Photonen zustande kommt, zumindest der Quantenphysik zufolge. Allerdings gibt es ziwschen dieses Photonen keinen Unterschied. Photonen sind Photonen. Nur abhängig von davon, ob du gleichnamige oder ungleichnamige Ladungen hast, bewirken sie halt einmal eine Anziehung und einmal eine Abstoßung.

In einem mechanischen Modell könntest du dir vorstellen, zwei Menschen, die jetzt zwei Elektronen wären, sitzen auf einem Skateboard und tauschen einen Ball aus, wobei natürlich klar ist, dass sie durch den Austausch dieses Balls sich voneinander wegbewegen. Aber ein anderes Mal könnten sie wieder einen Ball austauschen und würden sich anziehen, nur weil der eine Mensch ein positiv geladenes Teilchen wäre und der andere ein negativ geladenes. Das klingt jetzt zwar absurt, aber in der Quantenmechanik ist das eben so, auch wenn wir das mit unserer Logik nicht nachvollziehen können.

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 14 02. 2020 17:37 #65240

Über die Funktionsweise der virtuellen Bosonen habe ich noch nie etwas gehört oder gelesen.

Ob sie ein Feld aufbauen oder die Information unmittelbar zum potentiellen Kopplungspartner tragen, welche Information, und wie sie diese übermitteln, ist für mich alles offen. Allzuviel Information sollte es aber nicht sein, nur das Nötigste, und realisiert durch die unmittelbare Umsetzung. Da virtuelle Teilchen keine Energie haben, sollten sie auch keine reale Wellenlänge besitzen. Impuls sollten sie daher nicht übertragen. Die Geschwindigkeit ist für Photonen ebenfalls vorgegeben. Die einfachste Information liegt also in Häufigkeit N/t und Flächendichte N/A der Bosonen (Feldliniendichte), weiterhin ist die Richtung bekannt, sollte aber wie nachfolgend gar nicht zum Tragen kommen.

Es würde mir einleuchten, wenn die Bosonen wie ein Teppich ununterbrochen ausgesendet werden, dadurch über die Entfernung ausgedünnt werden, ggf auch in Form von Wahrscheinlichkeiten des Wellenmodells. Diese dynamische Funktionsweise entspricht dem Modell eines statischen Feldes. Dies würde auch den Dopplereffekt bei bewegten Kopplungspartnern erklären, der im Vergleich zur Betrachtung vom Standpunkt der ruhenden Quelle nötig ist. Hierdurch läßt sich dann ein Potential Φ~1/r erklären. Eine Kraft ergibt sich dann aus F~∇Φ. Die Bosonen übermitteln nach dieser Vorstellung also keine Kraft sondern formen lediglich ein Potential.

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 02. 2020 01:08 #65252

Ein virtuelles Teilchen, intermediäres Teilchen oder Teilchen in einem virtuellen Zustand ist ein Konzept aus der Quantenfeldtheorie, wo es zur theoretischen Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen der Elementarteilchen notwendig ist.
Das virtuelle Teilchen stellt als Austauschteilchen oder Wechselwirkungsteilchen diesen Kraftaustausch her. Nach außen hin niemals sichtbar!

Thomas

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 02. 2020 01:32 #65253

Ja, danke, ... aber die Eigenschaften des Teilchens ... und welche Info teilt es mit?

Welche Eigenschaft zB des virtuellen Photons trägt diese Info? Die einzige Eigenschaft eines Photons ist seine Frequenz und eine Frequenz ist Energie E=h*f, Energie soll es aber nicht haben.

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 02. 2020 09:07 #65258

Nein, es darf keine Ruheenergieergie(Masse) besitzen, weil sonst die elektromagnetische Wechselwirkung nur auf eine bestimmte Reichweite begrenzt wäre. Aber Energie besitzt trotzdem auch das Photon, die es ja durch seine Bewegung bekommt, da ja alles sich bewegende auch kinetische Energie besitzt.

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 02. 2020 12:56 #65265

NewHak schrieb: Aber Energie besitzt trotzdem auch das Photon, die es ja durch seine Bewegung bekommt, da ja alles sich bewegende auch kinetische Energie besitzt.

Ja ein reales Photon schon, aber ein virtuelles Eichboson besitzt auch keine Energie. Was wäre denn sonst Deine Unterscheidung? Und woher sollte diese Energie kommen und wohin sollte sie verschwinden? Das sind keine lokalen Fluktuationen, die sofort wieder verschwinden, sondern Eichbosonen, die über große Distanzen (endlos) wandern.

Wir sprechen hier nicht über elektromagnetische Strahlung sondern über das elektromagnetische Feld. Die Anziehungskraft zwischen Elektron und Proton wird durch virtuelle Photonen vermittelt. Diese können natürlich keine Energie transportieren, sonst würde ein Elektron ja ununterbrochen Energie verlieren, auch wenn gar kein Proton in der Nähe ist. Oder soll man es sich vielleicht so vorstellen, dass das Elektron ein Netz von Bosonen auswirft, die dann an ihrer Position verharren? Das verträgt sich schlecht mit dem virtuellen Charakter, dann müßte ja auch die Wirkung der massebehafteten Z- und W-Bosonen räumlich unbegrenzt sein.

Das Einzige was man gelegentlich liest, ist, dass ununterbrochen virtuelle Photonen verschickt werden, die aus dem Vakuum entnommen werden können und von diesem wieder aufgenommen werden. Ein Energietransport von einer Ladung zur anderen findet jedenfalls nicht statt. Auch ein virtuelles Energiepotential könnte nicht zwischen Ladungen sondern allenfalls zwischen Massen unterscheiden. Wenn überhaupt die virtuelle Energie letztlich eine Rolle für die Kraft spielen sollte, dann müßte die Kopplung je nach Ladungspolarität entgegengesetzt erfolgen. Doch wie sollte aus virtueller Energie dann plötzlich virtuelle negative Energie entstehen? Wenn überhaupt, dann müßte das Photon virtuelle Ladung übermitteln .....

Mit anderen Worten:
worin sollen sich denn Photonen von einem Elektron von Photonen von einem Proton unterscheiden? Und wie soll dieser Unterschied des Photons dann von einem Elektron bzw Proton als Empfänger ausgewertet werden?

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 02. 2020 20:26 #65280

Erstens, gibt es keinen Unterschied zwischen den Photonen und zweitens muss auch dem Vakuum keine Energie zurückgezahlt werden, da die Photonen keine Ruhemasse besitzen. Das kannst du dir so vorstellen, als wenn du einen Ball hättest, der nur so lange da wäre, wie er sich bewegt. Würdest du ihn zum Stillstand bringen, wäre er nicht mehr dar. Ich würde bei diesen virtuellen Austauschteilchen auch nicht die Energiebilanz betrachten.

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 15 02. 2020 20:29 #65281

Außerdem ist es wichtig, davon auszugehen, dass diese virtuellen Austauschteilchen eine Ruhemasse und damit auch eine Ruheenergie besitzen, um die Reichweiten der Wechselwirkungen gut berechnen zu können, gemäß der Formel hquer durch (m(Ruhemasse des Teilchens) mal c(Lichtgeschwindigkeit).

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 16 02. 2020 01:43 #65291

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NewHak schrieb: Erstens, gibt es keinen Unterschied zwischen den Photonen und zweitens muss auch dem Vakuum keine Energie zurückgezahlt werden, da die Photonen keine Ruhemasse besitzen.

Wenn virtuelle Photonen Energie hätten, müßte die von irgendwoher kommen und auch irgendwohin gehen, das hat überhaupt nichts mit einer Ruhemasse zu tun.

NewHak schrieb: Außerdem ist es wichtig, davon auszugehen, dass diese virtuellen Austauschteilchen eine Ruhemasse und damit auch eine Ruheenergie besitzen, um die Reichweiten der Wechselwirkungen gut berechnen zu können, gemäß der Formel hquer durch (m(Ruhemasse des Teilchens) mal c(Lichtgeschwindigkeit).

Die Ruhemasse der realen Teilchen ist zwar wichtig für die Berechnung der Reichweite der virtuellen Teilchen, aber deshalb haben diese noch lange keine Ruhemasse. Sie verhalten sich nur genauso.

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 16 02. 2020 12:47 #65303

Man braucht eben keine Energie für deren Erzeugung, weil sie keine Ruhemasse besitzen.
www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&s...iu6gaCLR53_zOhZDvUDh

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Quantenfeldtheorie Quantenelektrodynamik 16 02. 2020 13:03 #65305

NewHak schrieb: Man braucht eben keine Energie für deren Erzeugung, weil sie keine Ruhemasse besitzen.

So ist es, und deshalb haben sie auch keine Frequenz, denn sonst hätten sie Energie.

Falls Du vertreten willst, dass alle Photonen virtuell sind, weil sie keine Ruhemasse haben, dann verträgt sich das nicht mit der Definition von Photonen und virtuellen Photonen.

Aber Dein Link (Alpha Centauri - Was sind virtuelle Teilchen - Folge 116) beschäftigt sich mit Quantenfluktuationen und wir sprechen hier gemäß Eingangspost bisher von Eichbosonen ("elektromagnetische Wechselwirkung"). Da in beiden Fällen virtuelle Teilchen beteiligt sind, kommt das insoweit (Energie) allerdings aufs Gleiche heraus.

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