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DD: Didaktik der Physik

DD 8: Denkanstöße

DD 8.3: Vortrag

Montag, 15. März 2004, 15:00–15:20, 5M

Elektronen, Betateilchen im Atomkern - die Massenbilanz sagt nein — •Friedrich Karl Schmidt — Saure Wiese 9, 51766 Engelskirchen

Die Physik unterscheidet zwischen Teilchen mit und ohne Ruhemasse. Der Übergang in einen Zustand ohne Ruhemasse muss als Umwandlung in andere Teilchen verstanden werden. Bei der Annäherung eines Elektrons an eine positive Ladung nimmt der relativistische Anteil der Masse zu, während die Ruhemasse entsprechend abnimmt. Dies folgt aus der Energieerhaltung in Verbindung mit der Masse-Energie-Äquivalenz. Es ergibt sich zwingend,dass die Ruhemasse nicht konstant ist, sondern mit den Feldstärken am Ort des Teilchens variiert. So kann in der Umgebung einer positiven Ladung ein Elektron nicht existieren, wenn der Abstand kleiner als etwa ein Femtometer ist. Die Ruhemasse eines Betateilchens wird aus der Energie generiert, die als gegen die elektrostatische Anziehung des Kerns verrichtete Arbeit interpretiert werden kann.In analoger Weise erklärt sich auch die Masse der Nukleonen aus dem Potenzialverlauf der starken Wechselwirkung. Dass die Ruhemasse eines Protons die seiner Quark-Bestandteile um das fünzigfache übertrifft, kann nicht allein mit dem Massenäquivalent der Bewegungsenergie der Quarks erklärt werden. Es wird der Versuch unternommen, das Abstandsverhalten der starken Wechselwirkung aus den Erfordernissen der Massenbilanz zu entwickeln, und damit ein Beispiel zu geben für induktives, fragend entwickelndes Vorgehen beim Erarbeiten schwierig erscheinender Sachverhalte im Unterricht.