Hermenau, Christian

German

State and University Library Bremen

15. Kosmische Strahlung im Ebenen-
Teilchenmodell 
Von 
Christian Hermenau 
 
Unsere Erde wird permanent von einem Strom extrem schneller 
geladener Teilchen getroffen. Man geht davon aus, dass je 
Quadratmeter und je Sekunde etwa 1000 Protonen, aber auch 
Elektronen und andere ionisierte Atome auf die Atmosphäre der 
Erde aufprallen. Man stellt sich dabei vor, dass es einzelne 
Teilchen sind, die mit extrem hohen Geschwindigkeiten, zum 
Teil sehr knapp unterhalb der Lichtgeschwindigkeit, auf 
Moleküle der oberen Atmosphäre stoßen und eine Flut von 
Sekundärteilchen auslösen. Diese Sekundärteilchen werden am 
Erdboden registriert und aus der Summe dieser Teilchenflut, 
wird auf die Eigenschaften des Primärteilchens geschlossen. 
Ein Primärteilchen zerfällt dabei in bis zu 1011 
Sekundärteilchen. Man unterscheidet dabei zwischen 
Sonnenteilchen, galaktischen Teilchen und extragalaktischen 
Teilchen. Die Energien der Partikel des Sonnenwindes oder 
denen von Sonnenflares liegen etwa bei 10 MeV, galaktische 
Teilchen haben Energien von 1 GeV und mehr, doch 
extragalaktische Teilchen sollen sogar Energien von bis zu 1020 
eV erreicht haben. Das höchste jemals gemessene Teilchen, das 
unter den Namen „Oh-My-God-Teilchen“ bekannt wurde soll dabei 
eine unglaubliche Energie von 3,2 1020 eV gehabt haben. Die 
Schwerpunktsenergie vermutet man bei 1015 eV, also etwa hundert 
Mal größer als die beim LHC am Cern erzeugten Energien. Ein 
einzelnes Proton, das im Ruhezustand nur eine Energie von 938 
MeV aufbringt soll so nahe an die Lichtgeschwindigkeit 
beschleunigt worden sein, dass nicht nur seine kinetische 
Energie extrem stark anstieg, sondern auch die Masse des 
Protons auf das viele Milliardenfache. Dieses Teilchen müsste 
dafür 99,99999999999999999999957% der Lichtgeschwindigkeit 
erreicht haben.  
In unserem Ebenen-Teilchenmodell können zwar Teilchenpaare aus 
energiereicher Strahlung erzeugt werden, jeweils ein Teilchen 
und sein Antiteilchen, es können sich aber nicht Protonen in 
Elektronen umwandeln oder aus einem einzigen sehr 
energiereichem Proton, zwei oder noch mehr neue 
Sekundärteilchen entstehen. Nur über die elektromagnetische 
Strahlung, können Teilchen von einem Ort auch über lange 
Strecken transformiert werden, Sprünge machen. 
Protonen oder Elektronen werden durch sehr starke 
elektromagnetische Felder beschleunigt. Wir trennen Ladungen 
in großer Zahl und erzeugen dadurch eine Spannung oder ein 
starkes elektrisches Feld. Die vielen getrennten offenen 
Ladungsträger würden sich gerne wieder neutralisieren, doch 
sind sie stabil eingebunden. Eine einfache Anordnung zur 
Beschleunigung geladener Teilchen wären zwei Metallplatten, 
die positiv und negativ aufgeladen werden, in die man dann 
z.B. ein freies Elektron senkrecht zu den Platten bringt. Die 
Ladungen auf den Platten sind fest, doch da es viele offene 
Ladungen sind findet das Teilchen nach jedem Kontakt immer 
sofort wieder den nächsten Kontakt, so dass es unentwegt 
beschleunigt wird. Will man das freie Elektron auf sehr hohe 
Geschwindigkeiten bringen, muss die Ladungstrennung sehr groß 
sein, also die Spannung extrem hoch. Je höher die Spannung 
desto weiter müssen aber die Platten entfernt sein, damit es 
nicht zu Überschlägen kommt. 
Ladungen werden nur durch elektrische, nicht durch magnetische 
Felder beschleunigt. Dabei sollten die Feldlinien möglichst 
longitudinal zur Bewegung der Teilchen verlaufen. Dies wäre in 
einem Plattenkondensator der Fall. Positive Ionen werden von 
der negativ geladenen Platte abgestoßen und von der positiven 
angezogen. Durchläuft ein Ion z.B. ein Proton ein solches 
Spannungsfeld, dann nimmt es immer gleich viel Energie auf,  
egal wie weit die Platten entfernt sind und egal welche 
Geschwindigkeit das Proton vor dem Eintritt ins Spannungsfeld 
hatte. Die Höhe der Energiezunahme hängt nur von der Spannung 
ab. Will man nun ein Proton oder ein Elektron auf grenzwertig 
hohe Geschwindigkeiten bringen, kann man den Strahl mit 
Magnetfeldern im Kreis führen und immer wieder durch das 
gleiche Spannungsfeld beschleunigen. Dabei müssen die Ladungen 
auf dem Plattenkondensator möglichst so wellenartig geleitet 
werden, dass sie erst wenn die zu beschleunigenden Protonen 
sich innerhalb der Ladungsplatten befinden, sich die positiven 
und negativen Ladungen auf und wieder abbauen. Die Ionen 
müssen das Gefühl haben vor und hinter sich ein positives und 
negatives Feld zu spüren, dann liegen die Feldlinien in 
Bewegungsrichtung und die Ionen beschleunigen. Es sind 
allerdings nicht wirklich die Feldlinien, die die Protonen und 
Elektronen beschleunigen, sondern die positiven und negativen 
Ladungen selber, die vor und hinter den Ionen auftauchen 
müssen. Bei einem Elektron muss möglichst hinter dem Elektron 
die negative Ladung eines Elektrons oder vor dem Elektron die 
positive Ladung eines Kern-Protons Kontakt aufnehmen und wie 
bei freien Ladungen für einen kurzen Moment beisammen sein. 
Die beschleunigenden Ladungen müssen also auch die 
Geschwindigkeit des Ionenstrahls haben. Dies erreicht man 
durch passende Hochfrequenzfelder.  
In unserer Modellvorstellung existiert bei freien Ladungen, 
die sich kurzzeitig sehen, im Moment des Kontakts der Raum 
dazwischen nicht, ehe die beiden Ladungen im nächsten Moment 
wieder an ihrer alten Position mit einer leichten 
Raumverschiebung zurück springen. Bei jedem Kontakt sind 
Teilchen immer im Moment des Kontakts beieinander. Liegt dabei 
die kinetische Energie eines Elektrons oder eines Positrons 
bei der Comptonwellenlänge, also der Energie, die gleich der 
Ruhemasse ist und die Beiden nehmen Kontakt auf, dann 
verlieren Beide ihre dreidimensionalen gravitativen 
Verbindungen zu andern Teilchen und sie springen nicht mehr 
zurück zum Ausgangsort. Es sieht so aus, als treffen zwei 
Gammaquanten aufeinander und ein Elektron und ein Positron 
werden erzeugt. Eigentlich springen die beiden Ladungen nur 
nicht zurück, was sie sonst tun. Quanten bewegen sich in einer 
Dimension und mit Lichtgeschwindigkeit. Teilchen springen 
genauso mit Lichtgeschwindigkeit, sind aber am Anfangs- und 
Endpunkt wieder dreidimensional vernetzt, sie verlieren nur 
für einen winzigen Moment jeweils ihre Position. Während des 
Kontaktes zum anderen Teilchens sind sie auch nicht vernetzt. 
Wir erfahren also nichts davon, dass ihre Position kurzzeitig 
woanders ist. Nur wenn die Energie groß genug ist, nehmen Sie 
ihre gesamten Netzwerk-Informationen mit zur neuen Position.  
Das Gleiche passiert danach auch beim Teilchenbeschleuniger, 
wenn sich das Proton und die beiden Ladungen zum Beschleunigen 
mit der Energie bewegen, bei der die Comptonenergie erreicht 
wird. Dann heften sich die beiden Ladungen an das Ion an und 
bleiben da. Das Proton gewinnt also nicht sonderlich 
Geschwindigkeit, es wird nur entsprechend schwerer. Nicht ein 
Teilchen fliegt dann weiter, sondern drei Teilchen mit der 
entsprechenden zusätzlichen Masse. Das Ion ist schwerer 
geworden, hat Energie gewonnen ohne schneller zu werden. Es 
sammeln sich danach eine Weile nur Ladungen an, ehe der 
Teilchenstrom wieder Fahrt aufnimmt und schneller wird, bis 
beim nächsten Energiesprung, dem des Myons, sich wieder nur 
die Ionen sammeln ohne dass der Strahl sonderlich schneller 
wird. Das Gleiche passiert nochmal beim Pionensprung und beim 
Protonensprung, ehe dann das ganze neue Sammelsurium der 
vielen Teilchen nur noch weiter beschleunigt wird. 
Fokussiert wird der Ionenstrahl durch starke Magnetfelder. Auf 
geschlossenen Kurven verlieren geladene Teilchen Energie durch 
Strahlung, darum gibt es eine Grenze für die maximale Energie, 
die vom Radius, also der Größe der Anlage und von der 
Magnetfelddichte abhängt. Davon wie stark man die Magnetfelder 
verdichten kann um die Ionen-Spur zusammenzuhalten. 
Danach zerfällt ein kosmisches Teilchen nicht in Milliarden 
von Sekundärteilchen, wenn es auf ein Luftmolekül trifft, 
sondern es besteht selber aus Milliarden von Teilchen, die 
sich in einem Strahlenschauer alle wieder voneinander lösen. 
Nur haben wir es jetzt nicht mit einer fantastisch hohen, aber 
völlig unrealistischen Energie eines einzelnen Teilchens zu 
tun, sondern mit dem Zusammenschluss von Milliarden Partikeln 
im gleichen Schwerpunktsystem. Der Teilchenverband als Ganzes 
hat eine viel realistischere Geschwindigkeit und damit auch 
jedes der einzelnen Teilchen. Dass über eine längere Strecke 
Teilchen in einem sehr starken kosmischen Magnetfeld 
beschleunigt werden können und sich dabei an einem Proton 
viele Sekundärteilchen anhefteten ist durchaus vorstellbar. 
Wie ein Proton auf 99,99999999999999999999957% der 
Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden kann, nicht. Mit was 
soll ein Teilchen noch beschleunigt werden, das so nahe an der 
Lichtgeschwindigkeit liegt, wer oder was erreicht dann noch 
das Partikel, das kaum noch Kontakt zur Außenwelt hat? Viel 
naheliegender ist es anzunehmen, dass alle Sekundärteilchen 
auch schon vor der Kollision vorhanden waren, sie nicht aus 
dem Proton entstanden. Es gibt das Proton, das Elektron und 
instabile Teilchen wie das Pion und das Myon, doch kann kein 
Elektron über den Pionen- und Myonenzerfall aus einem Proton 
entstehen und umgekehrt. Ein Myon stellt wohl einen 
Resonanzzustand energetisch stark aufgeladener Elektronen dar, 
aber es sind eben Elektronen und nicht Protonen. Wenn bei 
einem schnellen Proton bei der Kollision auch Myonen auftreten 
dann deshalb, weil sie beim Beschleunigungsvorgang aus 
Elektronen mit erzeugt wurden und sich anhefteten. 
Myonen sind 207-mal schwerer als Elektronen, gehören zu den 
Leptonen der 2. Generation, haben den gleichen Spin, die 
gleiche Ladung und verhalten sich ansonsten wie Elektronen, 
nur dass sie viel schwerer und natürlich kurzlebig sind. Ihre 
Halbwertszeit beträgt 660 sµ . Sie treten entweder als 
Sekundärteilchen der kosmischen Hintergrundstrahlung auf oder 
können in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden. Die 
Schwerpunktsenergie beträgt 106 MeV. Dieser Wert ist zu hoch 
um bei der natürlichen Radioaktivität oder in Kernreaktionen 
erzeugt zu werden. Myonen müssen also bei Beschleunigungen 
entstehen und da wir behaupten, dass es eigentlich nur schwere 
Elektronen sind und keine natürlich vorkommenden schweren, 
eigenständigen Teilchen sind,  passt das ins Bild. Werden 
Elektronen in Teilchenbeschleunigern auf Geschwindigkeiten 
nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, dann steigt ihre 
Masse. Im Ebenen Bild verkleinert sich der Abstand der Ebenen 
des Elektrons. Entweder argumentiert man mit der Lorentz 
Kontraktion oder das ganz allgemein die Ebenen mit zunehmenden 
Geschwindigkeiten sich einander annähern. Zudem steht die 
Entfernung in unserem Modell für die Größe der Masse. Dabei 
kann sich die Geschwindigkeit nicht beliebig fein ändern, 
sondern die kleinste Geschwindigkeitsänderung liegt bei
12
0 1,7 10 /v m s
−= ⋅ . Genauso hat auch die Verschiebung der Ebenen 
einen kleinsten Wert, der sich bei 5710 mδ −=  der Ebenendicke 
befindet.  
Unabhängig von dem Ebenenabstand besitzen Elektronen eine 
Aufenthaltswahrscheinlichkeit a0, die bei einem Atom im 
niedrigsten Zustand bei 100 0,5 10a m−= ⋅ , dem Bohrschen Radius liegt. 
Diese Unschärfe soll es auch im freien Raum haben. Mit 
zunehmender Geschwindigkeit steigen die Masse und damit der 
Impuls. Die Unschärfe nimmt folglich nach Heisenberg 
entsprechend ab. Eine erste Stufe stellt dann der Übergang 
dar, bei dem die Unschärfe des schnellen Elektrons die Raum-
Schrittgröße Re erreicht, die Grundraumgröße unserer Welt. Der 
Ebenenabstand der Elektronen ist dann schon viel kleiner als 
Re. Soll sich das Elektron noch weiter zusammenziehen, die 
Aufenthaltswahrscheinlichkeit noch unter Re verlaufen, geht das 
nur, wenn das Elektron seine dreidimensionalen elektrischen 
Verbindungen zu anderen Teilchen verliert und eindimensional 
wird. Der Übergang von Re Bewegungen, die den RE Abstand 
überschreiten und sich auf die dp-Ebenen zubewegen, wird durch 
einen Impuls angezeigt, der weder Masse noch Ladung hat, und 
sich nur in einer Dimension mit c bewegt, ein Neutrino. In 
diesem Fall ein Elektronenneutrino. Pumpen wir also noch 
weiter Energie in das Elektron, dann wird ein Neutrino beim 
Sprung kleiner als Re und dem Wechsel zu ausschließlich 
eindimensionalen Verbindungen freigesetzt. Dann kann das 
Elektron wieder weiter beschleunigt werden und Masse 
aufnehmen. 
Elektronen drehen sich. In unserem Bild gibt es jeweils eine 
gravitative Verbindung zu anderen Teilchen, eine elektrische 
Verbindung und die Verbindung zum Antiteilchen beim sich 
entfernenden Rand. Erreicht jetzt die Unschärfe des Elektrons 
genau 2/3 von Re, dann passt die Raumdrehung in diesen 
Drehzyklus. Die beiden Elektronenebenen mit der Masse und dem 
Ebenenabstand eines Myons befinden sich dann innerhalb von Re, 
1/3 links von der Re Grenze und 2/3 rechts von der Re 
Begrenzung. Es teilt den Re Raum in drei Abschnitte. Nach drei 
Zyklen hat das Elektron bzw. Myon wieder seine 
Ausgangsstellung innerhalb der Unschärfe. Das Ganze kann also 
eine Resonanz eingehen und bleibt in dieser Eindimensionalität 
erstmal stabil. Auch dieses Einrasten wird durch einen Impuls 
angezeigt, der in den Raum abgegeben wird und das wir als 
Myonenneutrino deuten oder auch weit entfernt empfangen 
können. Myonen, die sich an Teilchenstrahlen ansammeln bleiben 
dort anscheinend erstmal gefangen. Freie Myonen, können sich 
wieder über ein Myonenneutrino und ein Elektronenneutrio in 
ein Elektron zurück verwandeln, ihre Energie wieder loswerden.  
Wir kommen somit bei der Deutung von Teilchen als zwei Ebenen 
die sich verschieben können, ohne neu eingeführte Teilchen wie 
Myonen oder Neutrinos aus und können uns alleine an den 
vorkommenden Randbedingungen abarbeiten. 
 
 


15. Kosmische Strahlung im Ebenen-Teilchenmodell

https://elib.suub.uni-bremen.de/edocs/00107038-1.pdf

15. Kosmische Strahlung im Ebenen-Teilchenmodell

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

State and University Library Bremen