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

kalamari schrieb:Temperatur, Strahlung und Stöße haben keine Auswirkung auf den Zerfall von Teilchen

Na ich weiß nicht, irgendwie habe ich damit so meine Probleme.

Was geschieht beispielsweise in unseren Kernkraftwerken? Da werden thermische Neutronen auf schwere Uran-235 Kerne "geschossen". Keine Ahnung, ob man das als Strahlung bezeichnen kann, aber "Stöße" sind es auf jeden Fall. Die Neutronen werden vom U-235-Kern eingefangen, und bringen diesen zum schwingen. Die Folge davon ist, dass der neu entstandene und hochangeregte Uran-236 Kern extrem schnell zerfällt. Die Art dieses Zerfalls lässt sich sehr anschaulich mit dem Tröpfchenmodell beschreiben. Danach zerfällt der Kern in mindestens 2 Teile, weil die Starke Kernkraft nur auf extrem kurze Distanz wirkt ( nur knapp über einen Protonenradius ), die jedoch durch die starken Schwingungen kurzzeitig überschritten wird. Und genau in dem Moment schlägt die Coulombkraft zu, also die elektromagnetische Abstoßung der Protonen, und der Kern zerreißt unter Freigabe weiterer Neutronen, welche nach der Moderierung auf thermisches Niveau für weitere Spaltprozesse zur Verfügung stehen.

Ich würde sagen, zumindest in diesem Fall hat man sehr wohl die Möglichkeit, den Zerfall zu steuern.

@Peter0167

Kernspaltung ist kein regulärer atomarer Zerfall. Ein von einem Neutron getroffener Uran 235 Kern wird zu Barium und Krypton gespalten, entlang der natürlichen Zerfallskette würde er zu Proactinum 233 zerfallen.

Diese Dinge sollte man nicht vermischen. Ein nachvollziehbarer Fehler, dennoch ein Fehler.

@interpreter

Daran habe ich auch schon gedacht, aber das Threadthema bezieht sich auf den Zerfall von Teilchen, es ist nicht die Rede davon gewesen, ob der Zerfall auf natürlichem Wege erfolgt, oder künstlich ausgelöst wird.
Zudem habe ich @kalamari so verstanden, dass er auch die künstliche Radioaktivität mit einbezieht, da er ja selbst Tschernobyl erwähnte.

Zu deinem Beitrag habe ich auch noch eine Frage:

interpreter schrieb:Jedes Teilchen hat einen bestimmte Wahrscheinlichkeit, in einem bestimmten Zeitraum zu zerfallen. Bei instabilen Teilchen ist die Wahrscheinlichkeit einfach höher.

Haben stabile Kerne ebenfalls eine Wahrscheinlichkeit (ungleich Null) in einem bestimmten Zeitraum (ungleich unendlich) zu zerfallen?

LG
Peter

Kleine Ergänzung:

Thermische Neutronen kommen auch in der Natur vor, und lösen somit auch auf natürliche Weise radioaktive Zerfälle aus (Oglu - Gabun - Westafrika)

@Peter0167

Man muss halt den Unterschied zwischen Kernspaltung und Zerfall machen. Das sind halt unterschiedliche Sachen. Dennoch ist es natürlich möglich, dass das so gedacht war. Das kann nur kalamari beantworten.

Was deine Frag angeht, Ein Zerfall kann nur geschehen, wenn im Kern überschüssige Energie vorhanden ist. Der Zerfall gibt diese Energie frei. Wenn keine überschüssige Energie vorhanden ist, müsste die Energie die zum zerfall führt von außen zugeführt werden, was möglich ist aber das wäre kein Zerfall sondern würde unter Kernspaltung fallen.

Thermische Neutronen kommen auch in der Natur vor, und lösen somit auch auf natürliche Weise radioaktive Zerfälle aus (Oglu - Gabub - Westafrika)

Was dort stattfindet ist eine natürliche Kettenreaktion oder Kernspaltung. Du mischt hier wieder die beiden Begriffe, was wie gesagt falsch ist.

Natürlicher Zerfall ( wobei mich der Unterschied etwas befremdet, jeder Zerfall und auch jede Kernspaltung ist eine physikalische Wechselwirkung und daher immer ein natürlicher Prozess, auch wenn die Bedingungen künstlich geschaffen wurden) kommt in der Natur regelmäßig vor.

Tatsächlich ist es der natürliche Zerfall, der Kernspaltungen und damit Kettenreaktionen erst auslöst. In Kernkraftwerken oder Atombomben versucht man die Dichte von natürlichen Zerfallsreaktion und freien Neutronen so weit zu erhöhen, dass ausreichend Kernspaltungen entstehen, die dann den Prozess erhalten und fortsetzen.

interpreter schrieb:Man muss halt den Unterschied zwischen Kernspaltung und Zerfall machen. Das sind halt unterschiedliche Sachen.

Das ist sicher ein spannendes Thema, mit dem ich mich noch mal beschäftigen werde, wenn ich nicht so müde bin. Noch bin ich nicht bereit, dir das abzunehmen, zumal Wiki dazu folgendes sagt:

"Die Unterscheidung zwischen natürlicher und künstlicher Radioaktivität ist physikalisch gesehen willkürlich."

Quelle: Wikipedia: Radioaktiver Zerfall#Entstehung und Vorkommen von Radioaktivit.C3.A4t

Egal ob man es Spaltung oder Zerfall nennt, physikalisch läuft es gleich, zumindest aber ähnlich ab. Der Unterschied ist nur, dass es künstlich induziert werden kann. Das selbe gibt es auch beim Laser oder auch dem Maser, es gibt natürliche Quellen, und künstliche Induzierung, aber das Prinzip ist gleich.

Fortsetzung folgt...

Peter0167 schrieb:Egal ob man es Spaltung oder Zerfall nennt, physikalisch läuft es gleich, zumindest aber ähnlich ab. Der Unterschied ist nur, dass es künstlich induziert werden kann. Das selbe gibt es auch beim Laser oder auch dem Maser, es gibt natürliche Quellen, und künstliche Induzierung, aber das Prinzip ist gleich.

Radioaktivität ist Zerfall. Kernspaltung ist ein völlig anderer Physikalischer Prozess.

Zerfall oder Radioaktivität beschreibt Alpha, Beta oder Gammastrahlung in instabilen Kernen. Sie existiert ohne äußere Auslöser und ohne Äußeren Antrieb.

Kernspaltung wird durch äußere Ereignisse herbeigeführt.

Wenn du einen glaubwürdige Quelle findest, die besagt, das Kernspaltung und Kernzerfall das Gleich sind, können wir das nochmal diskutieren. Das wirst du aber nicht schaffen.

interpreter schrieb:Wenn du einen glaubwürdige Quelle findest, die besagt, das Kernspaltung und Kernzerfall das Gleich sind, können wir das nochmal diskutieren. Das wirst du aber nicht schaffen.

Ich schau mal, was ich finde. Ganz nebenbei habe ich diesen Artikel gefunden, die kalamaris Aussage, dass der radioaktive Zerfall nicht durch Strahlung beeinflusst werden kann, zumindest teilweise widerlegt:

http://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/news/2012/beeinflusst-die-sonne-radioaktive-zerfaelle/

Könnte sein, dass der Beta-Zerfall von Neutrino-Strahlung beeinflusst wird. Vielleicht ist das aber auch eine natürliche Schwankung in der beobachteten Probe und ein Bestätigungsfehler. Vielleicht auch ein Fehler in der Messung oder dem Messgerät.

Für möglich halte ich es schon, das dieser Einfluss existiert.

Ein Beweis oder eine Widerlegung ist das allerdings nicht.

@interpreter

So, nachdem ich jetzt ne Weile gelesen habe, glaube ich, man kann sagen, dass die Kernspaltung eine Zerfallsart von Kernen ist. Ein wesentliches Merkmal der Spaltung ist, dass annähernd gleich große Bruchstücke entstehen. Man kann die Kernspaltung noch weiter unterteilen in spontane, isomere und induzierte Spaltung, aber egal welche wir nehmen, sie sind alle unter dem Begriff "Radioaktiver Zerfall" klassifiziert.

Einen richtigen Link dazu kann ich jetzt nicht liefern, das ist die kurze Zusammenfassung aus fast 30 Seiten. Am besten wurde es m.M.n. hier beschrieben:

http://www.analytik.ethz.ch/praktika/radiochemie/unterlagen/P21.pdf

Ich will hier auch keine Wortklauberei betreiben, zumal das auch nicht so eindeutig definiert zu sein scheint. Ich kann deine Argumente durchaus nachvollziehen, und erkenne auch die Unterschiede bei den Zerfallsarten, darum belasse ich es jetzt auch dabei. Falls du noch andere Quellen findest, ich bin immer daran interessiert :)

LG
Peter

Peter0167 schrieb: Ein wesentliches Merkmal der Spaltung ist, dass annähernd gleich große Bruchstücke entstehen

genau das ist der Punkt. Bei der Spaltung entstehen 2 annähren gleich große Teile. Beim Zerfall entsteht ein Tochternukleid das fast genau so groß ist, wie das zerfallende Nukleid und nur um ein Alpha oder Beta-Teilchen kleiner ist. Deine Quelle unterscheidet klar und teilt sie in verschiedene Kategorien ein.

Allerdings nennt deine Quelle Spaltungen auch Zerfallsarten, vondaher hast du meine Forderung wohl erfüllt und es gibt ebenso gute Gründe für deine Position. :D

Nehmen wir das mal so hin und überlassen dieses Thema wieder seinem Ursprünglichen Zweck.

Ja, o.k., ich behalte das Thema mal im Hinterkopf, und wenn ich was konkretes finde, stelle ich es hier rein. So ganz am ursprünglichen Thema vorbei war es aber auch nicht. Mal sehn, vielleicht liest hier ja auch irgendwer mit, der noch etwas mehr Licht ins Halbdunkel bringen kann...

:) Moin mein lieber Peter!!
Ein schönes neues Jahr für dich... wünsche ich!!!! ;)

Aber ein Elementarteilchen kann nicht in Komponenten zerfallen, denn das Wort "elementar" heisst eben, dass es keine Konponenten hat. Deshalb bedeutet der Ausdruck Teilchenzerfall die Transformation von elementaren Teilchen in andere elementare Teilchen. Diese Zerfallsart ist seltsam, denn die Endprodukte sind nicht Teilstücke des Ausgangsmaterials, sondern völlig neue Teilchen

Das alpha Teilchen spürt dann die starke Restwechselwirkung, die es im Kern gefangen hät, nicht mehr und fliegt, wie von einer plötzlich losgelassenen Feder getrieben, (dank seiner elektrischen Ladung) weg vom Kern.

Schaut mal hier nach.....
http://www.particleadventure.org/german/frameless/decay_intro.html (Archiv-Version vom 11.10.2014)

schön erklärt!
LG

Moin Moin @Z.

ich wünsche Dir auch ein gutes Jahr 2015, incl. dem ganzen anderen Kram (Gesundheit, Geld, ....)

Schöner Link, wird alles verständlich erklärt, aber die Frage, ob die von außen induzierte Kernspaltung (z.B. die Spaltung von U-235 durch Einfang eines thermischen Neutrons) auch als eine Art "Zerfall" eingestuft werden kann, wird da auch nicht beantwortet.

Wiki schreibt dazu: "Die Unterscheidung zwischen natürlicher und künstlicher Radioaktivität ist physikalisch gesehen willkürlich.". Ich habe das so gedeutet, dass es physikalisch gesehen der gleiche Prozess ist, der sich jedoch je nach Art der Zerfallsprodukte weiter unterteilen lässt.

LG Peter

kalamari schrieb:Temperatur, Strahlung und Stöße haben keine Auswirkung auf den Zerfall von Teilchen

Hierzu:
Wikipedia: Quanten-Zeno-Effekt

mastermind schrieb:Aber irgendwie müssen die Teilchen dann ja eine Art innere Uhr haben, bzw. sich irgendwie von den anderen, sonst identischen Teilchen unterscheiden, in irgendeinem unbekannten Parameter, der anders ist, was dann in verschiedenen Zerfallszeiten resultiert. Ich vermute, dass die Problematik auf die Bell'sche Ungleichung hinausläuft versus versteckte Parameter? Oder gibt es eine andere Erklärung?

Ja, du bist schon auf der richtigen Spur... Stichworte: Objektiver Zufall in der Quantenmechanik, Kopenhagener Deutung, Bell'sche Ungleichung, Experimente von Aspect, Zeilinger et al. ...

Unglaublich spannendes Thema eigentlich, das tiefgreifende Fragen über unsere Realität aufwirft...!
http://www.spektrum.de/news/wie-real-ist-die-wirklichkeit/871783
http://www.spektrum.de/alias/interview/we-are-barking-up-the-wrong-tree/1066262

Ich vermute, dass es sich viel mehr um eine Wechselwirkung zwischen den Teilchen und ihrer Umgebung handelt -die den Zerfall bestimmt-, als um ein "Wissen"

@Peter0167
Nun mein lieber Peter...

Ich denke der Satz ... Woher "wissen" Teilchen, wann sie zerfallen "sollen"?.... ist relativ eindeutig.
Dh. wenn eine Wechselwirkung, zB. des Urans mit äusseren Teilchen wie Neutronen, stattfindet kommt die Information für den anstehenden Zerfall von aussen und liegt dann sozusagen an.

Das Uran "weiss" also warum es gleich zerfallen wird, in dem Falle einer äusseren Einwirkung.

Anders wenn wir uns sozusagen "isoliertes Uran" vorstellen, das nicht mit einem anderen Teilchen wechselwirkt. Warum zerfällt es und was ist der Grund? Ich denke die Threadfrage ist so zu verstehen.

Im Link wir es so formuliert:

Ein Stück Uran, das sich selbst überlassen wird, zerfällt nach und nach - ein Atomkern nach dem andern. Die Zerfalls"geschwindigkeit" ist durch diejenige Zeit gegeben, die vergeht, bis die Hälfte des anfänglich vorhandenen Urans zerfallen ist (sie wird Halbwertszeit genannt). Der Moment, wann ein individueller Urankern zerfällt, lässt sich nicht vorhersagen, aber wir können ziemlich genau angeben, wie lange es dauert, bis eine grössere Menge Uran zerfallen ist.

Die Antwort:

Ein Stück Uran-238 zerfällt mit konstanter Zerfallsrate, so dass in 4,460,000,000 Jahren -- plus/minus einige Tage -- die Hälfte des Urans verschwunden ist. Aber es gibt keine Möglichkeit zu sagen, wann ein bestimmter Urankern zerfällt; es könnte in den nächsten 5 Minuten oder erst in einigen Millionen Jahren geschehen

Ergo das ""Teilchen"" weiss es nicht! Es zerfällt Zufällig, innerhalb bestimmter Rahmenbedingungen.

Die Frage ist aber auch sehr irreführend.... einerseits bezieht sie sich auf ein inneres, dem "Teilchen" sozusagen inhärentes Wissen, andererseits auf Gravitation. Und letztere wird sozusagen als ein "äusserer Einfluss" von Mastermind gedeutet, nehme ich mal stark an.

Wäre das "Teilchen" nun nur seinem eigenen Gravitationsfeld ausgesetzt, oder meint er den gravitativen Einfluss von aussen...!? Und genau den dürfte er meinen! Kommt aber irgendeine Information von Aussen, braucht das "Teilchen" kein Wissen, denn sein Zerfall wird dann von aussen gesteuert. Dh. durch Wechselwirkung, die nicht allein vom Teilchen abhängt.

Man könnte diesen analysierten Falles auch fragen, wann "weiss" Wasser das es frieren "soll"!? ;)

Ich würde es so formulieren:
Woher weiss das Proton das es nicht zerfallen soll?
LG

Z. schrieb:aber wir können ziemlich genau angeben, wie lange es dauert, bis eine grössere Menge Uran zerfallen ist.

Wenn N Groß genug ist, dann ist das Gesetz erfüllt.

So ein Uranatom hat bestimmt auch eine Intention, nur über die wissen wir natürlich nichts, wir wissen nur es besteht im Kern aus Protonen und die ihrerseits aus Quarks!



Was die Quarks ihrerseits antreibt, aus was sie bestehen, woher sie gekommen sind, wohin sie gehen, wir wissen einfach nichts darüber!

Das ist die Quantenebene, da sind die Dinge eben so oder auch nicht. Sie sind sich einfach selbst noch nicht im Klaren darüber, im Rahmen welcher Halbwertzeit sie sich irgendwo einmieten wollen oder vielleicht auch nur kurz vorbeischauen!

@Z.
@Peter0167
@kalamari

Entschuldigt bitte, wenn meine Frage unpräzise war. Es war so gemeint, dass man alle Einflüsse, die bisher beobachtbar/messbar sind, ausschließen kann, d.h. es soll keine Stöße, Temperaturänderungen, Druck, Strahlung etc. geben bzw. in Betracht. Auszugehen ist von z.B. einem freien Teilchen, sagen wir mal Myon.

Myonen haben eine mittlere Lebensdauer von 2.2*10^(-6)s. Und mir ist bewusst, @interpreter , dass dies eben ein Durchschnittswert ist. Würden alle Myonen nach exakt der o.g. Zeit zerfallen, würde sich meine Frage ja gar nicht ergeben. ;)

Die Tatsache, dass Teilchen überhaupt zerfallen, lässt sich meines Erachtens dadurch erklären, dass jedes System bestrebt ist, in einen Grundzustand (d.h. energetisch günstigsten Zustand) überzugehen. Zudem nimmt das System über eine Zeitdauer t (die unendlich lang sein kann) bei mehreren möglichen energiegünstigsten Zuständen denjenigen mit der höchsten Entropie an.
Man könnte meine Frage also auch umgekehrt formulieren: Was hält denn dann die Teilchen davon ab, instantan zu zerfallen? Welchen "Schwellwert/Grenzwert" muss ein Teilchen überschreiten, damit es zerfällt?

Oder noch anders: Statistische Betrachtungen ziehen immer einen Informationsverlust nach sich. Z.B. betrachtet man in der klassischen Thermodynamik nicht die Trajektorien aller einzelnen Teilchen - einerseits, weil dies rechnerisch unmöglich ist, andererseits, weil es nicht relevant für die Fragestellung ist. Prinzipiell ist es aber (im Rahmen der klassischen Thermodynamik) theoretisch möglich, die Trajektorien jedes einzelnen Teilchens zu kennen. 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.


@Noumenon
Danke, allerdings ist mir Spektrum zu populärwissenschaftlich. ;)