Leptonen
im Standard-Modell - Gebundene Zustände
aus Leptonen - Das Positronium
Vielen
Eigenschaften und physikalischen Zusammenhängen ist man durch die
Untersuchung besonders einfacher Systeme - meist aus zwei Teilchen - auf
die Spur gekommen. Das Paradebeispiel der Physik ist das Wasserstoffatom
aus einem Proton als Kern und einem
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Elektron.
Eine
Stufe darunter - auf Ebene der Quarks - gibt es ähnlich einfache Systeme,
die sogenannten Quarkonium-Teilchen
aus Quark und Antiquark gleichen Flavours, wie z.B. das Charmonium.
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Das
wichtigste Beispiel eines gebundenen Zustands aus Leptonen ist das Zwei-Teilchen-System
"Positronium". Es ist der gebundene Zustand eines Elektrons (e-)
und seinem gleichschweren, einfach positiv geladenen Antiteilchen, dem
Positron (e+). Die
Bindung der beiden besteht aufgrund der unterschiedlichen elektrischen
Ladungen. Die Lebensdauer eines Positroniums ist begrenzt, denn kommen
sich Teilchen und Antiteilchen zu nahe, vernichten
sie sich und
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zerstrahlen in elektromagnetische Energie (Photonen). Die
Energie der entstandenen Photonen kennzeichnet den Zustand, in dem
sich das Positronium befand, wie ein Fingerabdruck. Bei vielen
Messungen von Photonen einer e--e+-Paarvernichtung
erhält man ein Energiespektrum, dessen Termschema-Struktur
der des Wasserstoffatoms entspricht. Lediglich die Energiebereiche, in
denen die Niveaus liegen, sind unterschiedlich.
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Neben dem gebundenen System aus Elektron und Positron wurde
auch bereits der gebundene Zustand aus den Leptonen Anti-Müon (m+)
und Elektron (e-),
das sogenannte "Müonium", nachgewiesen. Im Gegensatz zum Elektron
hat das Müon keine unendliche Lebensdauer, sondern zerfällt bereits
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nach wenigen ms.
Das Müonium ist daher sehr schwierig nachzuweisen.
Noch
schwieriger wäre die Beobachtung eines denkbaren "Tauoniums"
aus Tauon und Anti-Tauon. Die Lebensdauer des Tauons beträgt aber
nur einige 10-13 s.
Man hat es noch nie beobachtet.
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Die Betrachtung von Kombinationen zweier Leptonen zu einem
gebundenen System sollte zeigen, dass auch sie
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und nicht nur die Quarks
untereinander Bindungen eingehen können.
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Wer das Quiz über Leptonen noch nicht gemacht hat,
kann es hier
nachholen.
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