Elementarteilchenphysik: Materie-Antimaterie-Symmetrie erneut bestätigt

astronews.com Redaktion

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Teilchen und Antiteilchen sollten sich nach dem Standardmodell der Teilchenphysiker exakt gleich verhalten. Würde man eine Abweichung dieser Symmetrie entdecken, könnte dies ein Hinweis zur Klärung der Frage sein, warum es heute im Universum praktisch keine Antimaterie mehr gibt. Neue Messungen haben die Symmetrie aber nun erneut bestätigt. (14. November 2016)

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t-spark

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Die Physiker glauben, dass in der Natur eine fundamentale Symmetrie herrscht, die sogenannte C(harge)P(arity)T(ime)-Invarianz (das steht für Ladungskonjugation, Raumspiegelung und Zeitumkehr). Das sogenannte CPT-Theorem postuliert, dass eine "Antiwelt", in der alle Materie im Universum durch Antimaterie ersetzt, rechts und links vertauscht und überdies der Fluss der Zeit umkehrt wird, von unserer realen Welt nicht zu unterscheiden ist.

Vielen Dank für diesen interessanten Artikel!
Gewundert hat mich obiger Einschub im Artikel über die CPT-Invarianz und speziell darin die Umkehr des Zeitflusses.
Welche Grundannahmen haben dazu geführt, dass auch die Zeit/Zeitpfeil umgekehrt verlaufen müsse?
Müsste das nicht bereits bei der Erforschung von Antimaterie, also Positronen, Antiprotonen deutliche Auswirkungen haben?
Ich habe diesbzgl. noch nie etwas zu solchen Auswirkungen gehört. Welche wären denn das konkret?
Bzw. was wurde dazu denn bisher tatsächlich beobachtet?
 

Bernhard

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Hallo t-spark,

Welche Grundannahmen haben dazu geführt, dass auch die Zeit/Zeitpfeil umgekehrt verlaufen müsse?
das CPT-Theroem stammt aus der relativistischen Quantenmechanik und kann teilweise schon an der Dirac-Gleichung studiert werden. Man untersucht da zuerst, wie sich diese Gleichung bei den einzelnen Transformationen (Ladung, Parität, Zeitumkher) verhält und lernt daraus schon eine Menge über das Verhältnis von Materie zu Antimaterie. Siehe auch hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Feynman-Stückelberg-Interpretation
 

Dgoe

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Das würde ich auch gerne wissen, bin über genau die gleiche Stelle gestolpert. :confused:

Gruß,
Dgoe

@Bernhard: Oh, Deine Antwort noch nicht gesehen gehabt.
 

Dgoe

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Interagieren 1 Materie-Teilchen und 1 Antimaterie-Teilchen. Beobachter 1 auch aus Materie, sieht wie sie sich annähern und dann in einem Blitz annihilieren. Beobachter 2 aus Antimaterie sieht einen Blitz aus dem 2 Teilchen entspringen und sich entfernen.
:confused:
 

Bernhard

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Beobachter 2 aus Antimaterie sieht einen Blitz aus dem 2 Teilchen entspringen und sich entfernen.
Genau. Beobachter 2 sieht hier eine Paarerzeugung und würde daran also nicht bemerken, dass er selbst aus Antimaterie besteht.

Ich vermute da aber einen anderen Fallstrick. Das CPT-Theorem sagt nicht aus, dass für Antimaterie die Zeit rückwärts läuft. Es handelt sich um eine Transformation, die einem rückwärts abgespultem Film entspricht. Man will dabei vor allem wissen, ob dieser Film prinzipiell physikalisch unmögliche Vorgänge zeigen würde.
 

Dgoe

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Hallo Bernhard,

Wenn ich einen Pfeil umdrehe, dann ist die Richtung schon irgendwie entgegengesetzt, so dass es die ursprüngliche Richtung rückwärts entlang geht.

Gruß,
Dgoe
 

t-spark

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Interagieren 1 Materie-Teilchen und 1 Antimaterie-Teilchen. Beobachter 1 auch aus Materie, sieht wie sie sich annähern und dann in einem Blitz annihilieren. Beobachter 2 aus Antimaterie sieht einen Blitz aus dem 2 Teilchen entspringen und sich entfernen.
:confused:

Danke für die bisherigen Antworten. Den Wiki-Link muss ich mir noch näher anschauen. Mein Verständnis ist eher nicht mathematisch (dazu fehlt mir der konkrete mathematisch deskriptorische Hintergrund) und leitet sich eher aus den bisherigen wissenschaftlich publizierten Beobachtungen und Wirkungen ab.

Obige Beschreibung finde ich sehr verwirrend.
Sie enthält jeweils einem Blitz, aber einen unterschiedlichen Begegnungsausgang, insgesamt jedoch die doppelte "Blitzenergie". Das ist doch ein bisschen unbequem?

Ich nehme dabei an, dass Beobachter 2 aus Antimaterie genau je 1 Teilchen aus Materie und 1 aus Antimaterie entspringen sieht (und nicht beliebige andere Teilchen).

Nur frage ich mich, wieso dieser Beobachter aus Antimaterie, der die Vorgänge ja auf Basis von Photonen im selben Raum wahrnimmt (die Raumzeit und Photonen wirken auf Materie und Antimaterie m.W. gleich), etwas anders wahrnehmen sollte, als ein Beobachter aus Materie? Und zwar ebenso nur einen Annihilationsblitz. Damit wäre von beiden Blickwinkeln aus eine Paarvernichtung geschehen. Das ist mir symmetrisch genug ;-)

Der Beleg dafür scheint mir ja das erwähnte Experiment selbst, in dem man die Antiprotonen mit "normalen" Feldern in "normaler" Raumzeit an besagte Heliumatome andocken lassen kann. In diesem Orbit verhalten sich die Anti-Protonen "sehr brav" und zeigen offenbar keine beobachteten Merkwürdigkeiten, die man bei den doch recht nahen Elektronen vermuten könnte. Z.B. eine Art Wirkungsaustausch, Drehimpuls- oder Richtungsveränderungen oder eine Umpolung (der Elektronen), wenn doch Antimaterie anders "gewickelt" wäre.

Wie seht Ihr das, bzw. wie stellt Ihr Euch das vor?
 

Bernhard

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Wenn ich einen Pfeil umdrehe, dann ist die Richtung schon irgendwie entgegengesetzt, so dass es die ursprüngliche Richtung rückwärts entlang geht.
Hallo Dgoe,

es geht aktuell nicht darum, dass die beschriebenen Prozesse zeitsymmetrisch sein müssen oder sein sollen.
 

Dgoe

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es geht aktuell nicht darum, dass die beschriebenen Prozesse zeitsymmetrisch sein müssen oder sein sollen.
(Hervorhebung von mir)

Hallo Bernhard,

jetzt hatte ich den Satz zuerst zufällig ohne das Wort "nicht" gelesen und nicht verstanden.

Das Problem ist nur, dann habe ich ihn mit dem Wort "nicht" gelesen und immer noch nicht verstanden!

Gordischer Knoten.

Gruß,
Dgoe
 

Bernhard

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Hallo Dgoe,

Das Problem ist nur, dann habe ich ihn mit dem Wort "nicht" gelesen und immer noch nicht verstanden!
Themen wie Parität oder Zeitumkehr sind ziemlich tricky. Ich hatte diese Sachen auch nach dem Studium leider praktisch gar nicht verstanden.

Es ist auch ziemlich schwierig diese Themen anschaulich zu erklären. Schau Dir dazu ruhig mal die Versionsgeschichte des Artikels "Feynmal-Stückelberg-Interpretation" an und wie lange ich da als b_wik daran gearbeitet habe um eine halbwegs korrekte Version hinzubekommen. Gut möglich, dass man diese Themen ohne die zugehörige Mathematik in ihrer vollen Bedeutung auch gar nicht verstehen kann.

Mit sehr vielen Beispielen ließe es sich vermutlich auch noch erklären, aber dafür fehlt mir die Zeit.
 

Ich

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Das CPT-Theorem sagt nicht aus, dass für Antimaterie die Zeit rückwärts läuft. Es handelt sich um eine Transformation, die einem rückwärts abgespultem Film entspricht.
Das ist nicht ganz korrekt. C,P, und T bedeuten jeweils eine diskrete Tranformation:
C ist "Ladung". Man schaut einen Prozess an und vertauscht jedes Teilchen mit seinem Antiteilchen.
T ist Zeitumkehr. Man schaut also einen Prozess an, indem man den Film rückwärts abspult.
P ist Parität. Man schaut den Prozess über einen Spiegel an.

Die Frage ist nun ganz unmystisch, ob die so angeschauten Prozesse auch in der Natur vorkommen. Wenn ja, dann spricht man von einer Symmetrie bzw. Invarianz bezüglich der jeweiligen Transformation.
Es stellt sich heraus, dass C nicht gilt, z.B. weil es nur rechtshändige Antineutrinos und linkshändige Neutrinos gibt. Ich kann also an der Händigkeit erkennen, ob Teilchen durch Antiteilchen vertauscht wurden.
Wenn man aber über einen Spiegel schaut, dann dreht sich auch die Händigkeit um, und das passt wieder, der Prozess schaut aus wie echt. Das nennt man CP-Invarianz. C und P einzeln sind verletzt, die Kombination aber funktioniert.
Allerdings stellt sich heraus, dass die auch nicht immer gilt. Das heißt dann CP-Verletzung. Erst wenn man den Prozess auch noch rückwärts anschaut, passt es wieder. Ob es da Ausnahmen gibt, das ist genau die Frage.
 
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