Der Nukleonenspin als Ursache der Starken Wechselwirkung

Der Nukleonenspin als

Ursache der

starken Wechselwirkung

Spin up und Spin down

Helmut Albert

Impressum

Konzeption, Texte und Abbildungen: © Copyright: Helmut Albert

Dezember 2020

Verlag: Helmut Albert, Talstraße 63, 79102 Freiburg / Germany

hm.albert@t-online.de

Internet: www.proton-neutron.com

Inhalt

1. Einleitung

2. Forschungsstand

2.1 Starke Wechselwirkung

2.2 Anziehung und Abstoßung im Atomkern

2.3 Yukawa-Theorie

2.4 Einschub: Standardmodell der Teilchenphysik

2.5 Quantenchromodynamik

2.6 Kernmodelle

2.7 Neue experimentelle Ergebnisse

3. Gegenposition

3.1 Kritische Betrachtung: QCD

3.2 Der Nukleonenspin als Spin-Wechselwirkung

3.3 Forschungsergebnisse

3.4 Frühere Arbeiten

4. Literaturverzeichnis

5. Abbildungen

6. Zusammenfassung

7. Biografie

Vorbemerkungen

Die Bedeutung, die man heute der starken Wechselwirkung beimisst, wird deutlich, wenn man sich den aktuellen Forschungsaufwand betrachtet. Während die Grundlagenforschung das tägliche Brot von Wissenschaftlern in physikalischen Instituten und Einrichtungen ist, werden zusätzliche, mit hohen Forschungsgeldern ausgestattete Projekte ins Leben gerufen. So wurde 2019/2020 das europäische Forschungsprojekt „STRONG 2020“, bei dem es um die starke Wechselwirkung im Atomkern geht, gestartet. Man erhofft sich von den Ergebnissen, Fortschritte für die Grundlagenphysik ebenso wie für die Gesellschaft.

Neue Theorien und Positionen außerhalb der akademischen Gemeinschaften finden dabei wenig Gehör. Doch es gäbe Gründe sich zu öffnen. Schließlich sind schon viele Jahrzehnte vergangen, in denen hochspezialisierte Wissenschaftler und gigantische Teilchenbeschleuniger kaum Fortschritte zur Theorie der starken Wechselwirkung brachten. Immer noch hält man an der sogenannten „Quantenchromodynamik“ fest, deren Namen mehr an die Beschreibung eines Gemäldes von Jackson Pollock denken lässt, als an eine Wechselwirkung zwischen Atombausteinen.

Allerdings wäre es nicht das erste Mal in der Geschichte, dass die Wissenschaft jahrzehntelang einem Irrtum aufsäße, wie das bspw. auch bei der „Phlogiston-Theorie“ im 18. Jahrhundert der Fall war. Um aber nicht nur zu kritisieren, sondern auch einen produktiven Beitrag zu leisten, veröffentliche ich hier eine Gegenposition zur Theorie der „Quantenchromodynamik“. In diese Abhandlung sind teilweise Inhalte meiner zwischen 2017 und 2019 veröffentlichten Arbeiten zum schachbrettartigen Atomaufbau eingeflossen.

Helmut Albert, Freiburg im Dezember 2020

1. Einleitung

Mit der vorliegenden Abhandlung wird eine Gegenposition zur Wechselwirkungstheorie, der „Quantenchromodynamik“ aufgezeigt. Dazu werden der Forschungsstand zur Theorie der starken Wechselwirkung und die Vorstellungen und Entwicklungen verdeutlicht, die seit den Dreißigerjahren des 20. Jahrhunderts wichtig waren.

Im ersten Teil der Abhandlung wird vermittelt, was unter dem Begriff „Wechselwirkung“ physikalisch zu verstehen ist. Wie Wechselwirkung und Teilchenstruktur zusammenhängen und nicht unabhängig voneinander zu sehen sind, zeigt das Beispiel der elektrostatischen Wechselwirkung eines Ionenkristalls. Auch die die ersten Atommodelle des 20. Jhdts. bauten auf der Vorstellung der elektrostatischen Wechselwirkung elektrisch geladener Atombausteine auf. Man postulierte, dass sich die elektrisch entgegengesetzten Ladungen der Atombausteine gegenseitig ausgleichen oder, je nach Teilchenanzahl, ein positiv oder negativ geladenes Atom bewirken.

Im weiteren Verlauf wird die Entdeckung des ladungsfreien Neutrons 1932 als entscheidende Zäsur betrachtet. Ein auf elektrisch geladenen Atombausteinen beruhender Atomkern war damit in Frage gestellt. Es musste eine nichtelektrische Wechselwirkung gefunden werden. Hediki Yukawa präsentierte 1935 dazu eine erste Theorie. Eine ähnliche auf Austauschteilchen basierende Theorie, die „Quantenchromodynamik“ wurde erst in der 70er Jahren analog zur Theorie der „Quantenelektrodynamik“ entwickelt. Diese auf „Farbladungen“ beruhende Theorie ist bis heute die anerkannte Theorie der Teilchenphysik.

Bei näherer Betrachtung, der „Quantenchromodynamik“ erkennt man die abenteuerlichen Hypothesen dieser Theorie, sodass es nicht schwer fällt eine Gegenposition einzunehmen. Im zweiten Teil wird diese Theorie aufgezeigt. Die Grundlage dieser Gegentheorie bildet die Rotationsenergie und Rotationsrichtung der Nukleonen. Sie sind nach dieser Theorie der Schlüssel zum Verständnis der starken Wechselwirkung des Atoms. In die Abhandlung fließen teilweise Inhalte früherer Arbeiten mit ein. Abschließend werden neueste Ergebnisse von Untersuchungen zu Atomkernen aufgezeigt und in Beziehung zur „neuen“ Theorie gesetzt.

Mit der Bezeichnung Teilchenphysik (Elementarteilchenphysik) ist in der Abhandlung einfachheitshalber ebenso die Kernphysik gemeint. Der Begriff Atomkern wird als Bezeichnung für das Teilchensystem der Protonen und Neutronen verwendet, es bedeutet aber nicht, dass der Autor auch von einer Atomhülle ausgeht.

2. FORSCHUNGSSTAND

2.1 Starke Wechselwirkung

Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik ist die starke Wechselwirkung, auch starke Kraft oder Kernkraft genannt eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie beschreibt die Kraft, mit der die Kernbausteine des Atoms zusammengehalten werden. Bis heute ist die wirkliche Ursache dieser Wechselwirkung aber ungeklärt, wenngleich mit der „Quantenchromodynamik“ eine Theorie existiert und zahlreiche Fachbücher und Abhandlungen das Phänomen beschreiben. In seinem Standardwerk „Kernphysik“ schreibt Mayer Kuckuk dazu: „Uns tritt hier eine neue, in der klassischen Physik und in der Atomphysik nicht bekannte Wechselwirkung entgegen, die sogenannte starke Wechselwirkung“ (Mayer-Kuckuk 1992:146).

Allgemein versteht man heute unter Wechselwirkung ein gegenseitiges Einwirken zweier Körper, Dinge oder Gegebenheiten. Wenn eine Entität auf die andere einwirkt, wirkt diese mit gleicher Kraft zurück. Isaac Newton(1643-1727) formulierte dazu sein Drittes Newtonsches Gesetz: „Kräfte treten immer paarweise auf. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus (actio), so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A (reactio)“(Newton 1686 zitiert nach Wikipedia 2020). Dieses „Wechselwirkungsprinzip“ bildet die Voraussetzung für den Aufbau von Teilchensystemen. Elektrisch geladene Atome, also Ionen, bauen sich zu Ionenkristallen bzw. Ionengittern auf. Im Fall von Natriumchlorid bspw. wechselwirkt jeweils ein elektrisch positives Natriumatom mit einem negativen Chloratom und umgekehrt. Dabei erfolgt der Ionenaufbau mit gleichviel positiven wie negativen Ionen im kubischen System. In der Schnittebene eines einfachen Ionenkristalls wie Natriumchlorid wird dabei eine schachbrettartige Struktur deutlich.