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
m
s.
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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