Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?

@mastermind

Der Grund, warum sie zerfallen, ist wie du sagst, das bestreben in den Energetisch günstigeren Zustand überzugehen.

Das Bestreben ist stärker oder schwächer, je ungünstiger der energetische Zustand, bzw. je instablier das Teilchen.

Stell dir das als eine Art Zufallsfunktion vor, die die Wahrscheinlichkeit über einen gewissen Zeitraum ermittelt. Ein instabileres Teilchen hätte dabei eine Zufallsfunktion mit einer höheren Steigung.

Es ist möglich aber unwahrscheinlich, dass ein Teilchen mit einer Halbwertzeit von Millionen Jahren, sofort zerfällt. Es ist aber auch möglich, dass es Milliarden Jahre stabil bleibt. Durch die schiere Zahl pendelt sich das in einer grossen Menge an Stoff halt irgendwann bei einer 50% Wahrscheinlichkeit in der Halbwertzeit ein.

Der auslösende Faktor allerdings ist, wie schon geschrieben, reiner Zufall.

Ergänzend dazu:

Es gibt keine instabilität, die sich aufbaut und irgendwann zusammenbricht.

In einem Moment ist das Teilchen stabil und im anderen Moment zerfällt es.

Zufällig.

@mastermind

mastermind schrieb:Danke, allerdings ist mir Spektrum zu populärwissenschaftlich. ;)

Ok, dann danke für die Diskussion, allerdings ist mir AllMystery zu pseudowissenschaftlich. :D

@mastermind
Ja, da wirste dann ggf. wohl nicht um die Fachliteratur rumkommen. Von einem Studium der (höheren) Physik - mit entsprechenden Schwerpunkten und ggf. auch noch direkt bei entsprechenden Professoren (wie etwa Zeilinger), versteht sich - ganz zu schweigen. Und sofern wir auch noch über die Interpretation naturwissenschaftlicher Theorien, wie etwa der Quantenmechanik, sprechen, wäre zusätzlich auch noch ein Studium der Philosophie ranzuhängen.

mastermind schrieb:Dann wäre meine Frage, ob es bei Zerfallsprozessen prinzipiell möglich wäre, die Information über die genaue Lebensdauer jedes einzelnen Teilchens zu kennen, oder ob uns diese Information per se nicht zugänglich ist.

Ich persönlich würde diese Frage durchaus bejahen, allerdings mit der Einschränkung, dass wir die genaue Lebensdauer eines Teilchens eben nur im Nachhinein bestimmen können, d.h. nachdem es eben wieder zerfallen ist. Wir können bspw. auch nicht die genaue Lebensdauer eines Lebewesens bestimmen, bzw. erst dann, wenn es bereits gestorben ist... :)
Wir können nicht sagen: "Schau', die Katze da. Sie hat noch genau 4 Tage, 15 Stunden und 34 Minuten zu leben". Nachdem die Katze gestorben ist, könnten wir prinzipiell aber sehr wohl sagen, dass sie so und so lange gelebt hat. Und in etwa so ist es auch bei Teilchen.
Etwa der Alpha-Zerfall von Teilchen lässt sich auf den sog. Tunneleffekt zurückführen, welcher ein quantenphysikales Phänomen und gänzlich vom Zufall bestimmt ist. Wann und unter welchen Bedingungen genau nämlich ein Teilchen die Potentialbarriere durchbricht, lässt sich - nach derzeitigem Wissensstand - prinzipiell nicht angeben. Es ist - im Rahmen gewisser Wahrscheinlichkeiten - einfach reiner Zufall.
Wikipedia: Tunneleffekt#Alphazerfall

Aber da reden wir erst einmal noch nur über den radioaktiven Zerfall, zu dem der Zerfall eines Myons jedoch nicht gehört. Warum nun zerfällt das Myon...? Afaik: Grob gesprochen durch die Kollision mit einem W-Boson, wie es vor allem als virtuelles Teilchen immer mal wieder irgendwo im Raum 'aufploppt'. Und so wie die Katze oben nicht wissen kann, dass sie in 4 Tagen, 15 Stunden und 34 Minuten mit einem Auto kollidieren wird, so weiß natürlich auch das Myon nicht, wann und wo es seinen Weg mit einem W-Boson kreuzen und infolgedessen zerfallen wird.

Aber schon interessant, dass das Myon überhaupt zerfällt, wo es sich doch 'Elementarteilchen' schimpft... :D

@interpreter

interpreter schrieb:Der auslösende Faktor allerdings ist, wie schon geschrieben, reiner Zufall.

Ok, das muss ich dann wohl so hinnehmen. Äquivalent dazu wäre also die Frage, ob die Möglichkeit besteht, eventuell existierende Parameter zugänglich zu machen, die, wenn man sie kennen würde, den Zerfall deterministisch machen, zu verneinen.

@Noumenon

Noumenon schrieb:Ok, dann danke für die Diskussion, allerdings ist mir AllMystery zu pseudowissenschaftlich. :D

Chapeau! ;)

Ich persönlich würde diese Frage durchaus bejahen, allerdings mit der Einschränkung, dass wir die genaue Lebensdauer eines Teilchens eben nur im Nachhinein bestimmen können, d.h. nachdem es eben wieder zerfallen ist. Wir können bspw. auch nicht die genaue Lebensdauer eines Lebewesens bestimmen, bzw. erst dann, wenn es bereits gestorben ist... :)
Wir können nicht sagen: "Schau', die Katze da. Sie hat noch genau 4 Tage, 15 Stunden und 34 Minuten zu leben". Nachdem die Katze gestorben ist, könnten wir prinzipiell aber sehr wohl sagen, dass sie so und so lange gelebt hat. Und in etwa so ist es auch bei Teilchen.

Nun, das ist ja eigentlich recht selbsterklärend. Ich stelle aber gerade fest, dass ich die Frage auch wieder nicht gut formuliert habe. :-/ Klar kann man die Lebensdauer einzelner Teilchen bestimmen. Was ich eigentlich meinte, war, a priori den genauen Zefallszeitpunkt bestimmen zu können - im Kontext des von mir bereits Geschriebenen.

Noumenon schrieb:Warum nun zerfällt das Myon...? Afaik: Grob gesprochen durch die Kollision mit einem W-Boson, wie es vor allem als virtuelles Teilchen immer mal wieder irgendwo im Raum 'aufploppt'. Und so wie die Katze oben nicht wissen kann, dass sie in 4 Tagen, 15 Stunden und 34 Minuten mit einem Auto kollidieren wird, so weiß natürlich auch das Myon nicht, wann und wo es seinen Weg mit einem W-Boson kreuzen und infolgedessen zerfallen wird.

Kollidiert das Myon wirklich mit einem W-Boson? Ich hätte das so verstanden, dass das Myon in ein Myon-Neutrino und W(-)-Boson zerfällt.

@mastermind

mastermind schrieb:Äquivalent dazu wäre also die Frage, ob die Möglichkeit besteht, eventuell existierende Parameter zugänglich zu machen, die, wenn man sie kennen würde, den Zerfall deterministisch machen, zu verneinen.

Meine Antwort beruht auf der aktullen Quantentheorie in der Zufall als bestimmender Faktor Gang ung Gäbe ist.

Das schließt natürlich nicht aus, dass es irgendwann eine andere Theorie gibt, die die Ereignisse besser erklärt ohne dabei auf den Zufall zurück greifen zu müssen. Aber zur Zeit ist das unsere beste Antwort.

mastermind schrieb:Kollidiert das Myon wirklich mit einem W-Boson? Ich hätte das so verstanden, dass das Myon in ein Myon-Neutrino und W(-)-Boson zerfällt.

Nunja, ich bin nicht unbedingt ein Experte auf diesem Gebiet und es schien auch tatsächlich nicht ganz richtig zu sein. Genauer ist es so, dass so ein Myon selbst bspw. permanent virtuelle W-Bosonen emittiert und wieder absorbiert, wobei es dadurch kurzzeitig zu einem Myon-Neutrino wird. So ein virtuelles W-Boson wiederum kann mit einer geringen Wahrscheinlichkeit > 0 auch mal in ein reales Paar aus Elektron und Elektron-Antineutrino zerfallen, womit es vom Myon-Neutrino nicht wieder absorbiert werden kann. Das ursprüngliche Myon ist damit - unter Emission eines W-Bosons, welches wiederum in ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino zerfallen ist - in ein Myon-Neutrino zerfallen.

das ist eben ein naturgesetz, woher weiß der stift dass er nicht fliegen soll? ganz einfach weil schwerkraft und da gibts auch ein gesetz hoffe das war verständlich ausgedrückt

@mastermind
@Noumenon
@interpreter