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THEMA: Fragen zum Phasenübergang

Fragen zum Phasenübergang 02 Mär 2016 13:23 #3429

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Zum Thema Phasenübergang und die dazugehörige Energiebilanz sind bei mir noch ein paar Fragen offengeblieben.

1) Die Quantenfluktuation liefert 'etwas, das bei einem anschließenden Phasenübergang mehr Energie freisetzt, als zu seiner Entstehung notwendig war.' Dieser Phasenübergang beschränkt die Bewegungsfreiheit dieses Etwas, bildet sozusagen eine Struktur, das Higgsfeld, dessen Energie nicht zurückgegeben wird. Diese Energie ist nicht neu entstanden, sondern stammt aus der Quantenfluktuation. Daher ist das neue Energieminimum im Mexican Hat nicht Null, wie es im Bild 2.20 erscheint. Richtig ?

2) Zu den Quantenfluktuationen heißt es in 2.1: 'Entsteht etwas mit einer bestimmten Ladung, so muss gleichzeitig ein korrespondierendes Etwas mit umgekehrter Ladung entstehen, um die Bilanz wieder auszugleichen.' Sind demnach Inflaton und GUT-Kraft Energien, die in Summe Null ergeben wie eine Welle im Meer ? Oder sind beide Energien positiv ?

3) Ebenso im Energieminimum nach der Inflationsphase: Sind Higgsfeld und der Rest der übriggebliebenen Teilchen energetisch in Summe Null oder haben sie einen positiven Wert ?

4) Sind wir heute noch im Energieminimum des Mexican Hat ? Wie erklärt sich dann die beschleunigte Raumausdehnung des Universums heute ? Woher kommt die Energie dazu ?

Ich hoffe, das waren nicht zu viele Fragen auf einmal. Aber irgendwie gehören die ja zusammen.

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Fragen zum Phasenübergang 02 Mär 2016 14:14 #3430

Hallo Dick,

1) der Mexican Hat veranschaulicht den Symmetriebruch oder das Ausfrieren des Higgsfeldes. Der Zustand vorher war noch deutlich heißer und absolut symmetrisch. Beim Ausfrieren des Feldes entstanden die Elementarteilchen und die zugehörigen Wechselwirkungen. Die Energie für die Nucleosynthese stammt aus der hohen Temperatur, die da geherrscht hat und die Regeln des Higgsmechanismus sorgte für das Entstehen der WW - Partner im Quark - Gluonplasma.

zu 2) und 3): Masse und Energie wirken immer positiv anziehend. Masse und Energie sind ja nach E=mxc² im Prinzip das Gleiche. Die Energie für die Expansion trägt deshalb ein negatives Vorzeichen. Die beiden scheinen sich aber seit etwa 6 Mrd. Jahren nicht mehr das Gleichgewicht zu halten, da das Universum seither beschleunigt expandiert, zumindest nach dem Supernova 1A Standardkerzennachweis.
Zu 4) Das Higgsfeld hat heute offenbar die gleichen Eigenschaften wie zu Beginn. Das kann man leicht sehen in den Materie - Antimaterieexperimenten. Es entstehen dort immer die uns bekannten Teilchen, also z.B. Elektronen und Positronen. Dafür ist das Higgs verantwortlich. Würde es sich ändern, bekämen wir ja mit der Zeit schwerere oder leichtere Teilchen, je nachdem wohin es sich ändern würde.
Für die beschleunigte Ausdehnung der Raumzeit ist eine Energieform verantwortlich, die man dunkle Energie genannt hat, von der aber keiner weiß, was das eigentlich ist. Ob das Higgsfeld irgendeinen Bezug zu dieser dunklen Energie hat, kann ich nicht sagen, nur soviel: das Higgsfeld füllt den gesamten Raum und die dunkle Energie offenbar auch. Aber ob das Higgs der Vater und die dunkle Energie der Sohn ist, weiß ich nicht. Die physikalische Beschreibung, also die Mathematik hinter dem Higgsmechanismus liefert jedenfalls keinen Zusammenhang.
Grüße
Thomas
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Fragen zum Phasenübergang 02 Mär 2016 16:23 #3432

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Hallo Thomas,

vielen Dank für deine Antwort. Aber meine Frage ist damit noch nicht beantwortet: Ist das Energieniveau im echten Minimum des Mexican Hat gleich Null ? Ist also die Energie für die Expansion mit negativem Vorzeichen gleich der Energie aus Higgsfeld, Materie und Strahlung ? Oder wurde die Anfangsenergie aus der Quantenfluktuation, diesem heißen Temperaturfeld vor dem Symmetriebruch, nicht vollständig zurückgegeben, und es blieb ein Restniveau an Energie erhalten ?
Grüße
Dick

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Fragen zum Phasenübergang 02 Mär 2016 23:31 #3447

Hallo Dick,
Ich hab Schwierigkeiten, deine Frage zu verstehen. Was rechnest du gegen was auf? So wie das klingt, unterstellst du dem Higgsfeld einen Energieinhalt. Dann summierst du diesen Energieinhalt mit der uns bekannten Materie und Energie, inclusive der dunklen Materie, von der wir noch nicht wissen, was sie eigentlich ist, auf. Und dann setzt du die Expansionsenergie, also die sog. Dunkle Energie , die das Universum expandieren lässt dagegen . Stimmt das, was ich dir da gedanklich unterstelle?
Der Mexican Hat ist ein eingefrorener Symmetriebruch. So kann man sich das vorstellen. Das Energiepotential, das angezeigt wird, ist kein zusätzlicher Energieinhalt des Universums, sondern so eine Art Nutzungsoberfläche für die Masseverleihung an die Elementarteilchen. Wenn die Kopplungskonstante stimmt, dann verleiht dieses Feld den Elemenarteilchen ihre Masse. Ob das Higgsfeld selbst einen Energieinhalt hat, weiß ich nicht. Jedenfalls scheint es im Universum eine Form von Energie zu geben, die für die Expansion verantwortlich ist, die sog. Dunkle Energie, aber keiner weiß, was das wirklich ist. Hab ich ja schon im vorigen Beitrag formuliert. Und ob Higgsfeld und Dunkle Energie irgendwie zusammenhängen, weiß man nicht.
Grüße
Thomas

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Fragen zum Phasenübergang 03 Mär 2016 11:19 #3458

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Hallo Thomas,

Thomas schrieb: Ich hab Schwierigkeiten, deine Frage zu verstehen. Was rechnest du gegen was auf? So wie das klingt, unterstellst du dem Higgsfeld einen Energieinhalt. Dann summierst du diesen Energieinhalt mit der uns bekannten Materie und Energie, inclusive der dunklen Materie, von der wir noch nicht wissen, was sie eigentlich ist, auf. Und dann setzt du die Expansionsenergie, also die sog. Dunkle Energie , die das Universum expandieren lässt dagegen . Stimmt das, was ich dir da gedanklich unterstelle?

Ja, genauso habe ich das gemeint, denn in Summe muß doch - egal ob mit einem energetischen Beitrag des Higgsfeldes oder ohne - wegen der Energiebilanz das Energiepotential des Universums gegenüber dem Nichts Null sein. Wo genau liegt mein gedanklicher Fehler ?
Grüße
Dick

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