17/04/2012 - Magnetfelder können Teilchen in die Unendlichkeit senden

Menéame

Forscher an der Complutense University in Madrid (UCM) haben mathematisch bewiesen, dass Partikel, die in einem Magnetfeld geladen werden können 'Flucht" zur Unendlichkeit, ohne jemals aufzuhören. Eine der Bedingungen ist, dass das Feld Stromspirale erzeugt, die auf einer Ebene liegen.

Im Moment ist es eine theoretische mathematische Studie, aber zwei Forscher der UCM haben gerade bewiesen, dass unter bestimmten Bedingungen können die Magnetfelder Teilchen in die Unendlichkeit senden, nach einer Studie, die in der Zeitschrift Quarterly of Applied Mathematics.

"Dass ein Teilchen in die Unendlichkeit entkommt" bedeutet zwei Dinge: das nie aufhören wird und etwas anderes" erklärt SINC Antonio Díaz-Cano, einer der Autoren. Was den ersten Aspekt betrifft, so kann sich ein Teilchen nicht aufhalten, aber zum Beispiel immer um einen Punkt herum hängen bleiben, ohne aus einer umgebenden Region herauszukommen.

Doch das 'etwas mehr' fügt hinzu, dass ihr Weg über die festgelegten Grenzen hinausgeht. "Wenn wir uns eine kugelförmige Oberfläche eines riesigen Radius vorstellen, wird das Teilchen diese Fläche im weitesten Sinne, so groß auch der Radius sein mag, durchqueren," erklärt der Forscher.

Wissenschaftler haben durch Gleichungen bestätigt, dass in der Tat einige geladene Teilchen entkommen können unendlich. Eine Bedingung ist, dass sich die Lasten unter der Wirkung eines Magnetfeldes bewegen, das von Stromspirale auf einer Ebene. Darüber hinaus müssen weitere Anforderungen erfüllt werden: Das Teilchen muss an einem Punkt dieser Ebene mit einer Anfangsgeschwindigkeit parallel dazu und ausreichend weit von den Ausatmen entfernt liegen.

"Wir sagen nicht, dass dies die einzigen Bedingungen sind, um dem Unendlichen zu entkommen, es könnte andere geben, aber wir haben bestätigt, dass in diesem Fall das Phänomen auftritt," sagt Díaz-Cano. "Wir hätten gerne etwas allgemeineres ausprobieren können, aber die Gleichungen sind viel komplizierter."

Auf jeden Fall erkennen die Forscher, dass diese Studie in idealen Situationen "mit einem Magnetfeld und nichts anderes" stattfindet. Die Realität stellt immer andere Variablen dar, wie Reibung, und die tatsächliche Möglichkeit, in die Unendlichkeit zu reisen, ist noch weit entfernt.

Dennoch ist die Bewegung von Partikeln in Magnetfeldern ein "bemerkenswertes" Problem in Bereichen wie Plasmaphysik oder Anwendung. Eine der Herausforderungen für Wissenschaftler, die sich mit der Kernfusion befassen, ist beispielsweise die Einschließung von Partikeln in Magnetfeldern.

Beschleuniger wie der große Hadron-Kolidierer (LHC) des Europäischen Labors für Partikelphysik (CERN) verwenden ebenfalls Magnetfelder, um die Partikel zu beschleunigen. Unter diesen Bedingungen entkommen sie nicht der Unendlichkeit, sondern bleiben in Bewegung, bis sie die Geschwindigkeit erreichen, die Experimente erfordern.

Ein unendliches Geheimnis

Aus dem alten Griechenland wird über die Bedeutung der Unendlichkeit diskutiert. Die Tatsache, dass die Idee zu logischen Widersprüchen führen kann, hat dazu geführt, dass die so genannte "Schrecken der Unendlichkeit" entwickelt wurde, eine Ungewissheit, die über die Jahrhunderte hinweg andauerte. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts sagte der große deutsche Mathematiker David Hilbert (1862-1943) weiter, dass die mathematische Literatur "überwältigt ist von Fehlern und Absurditäten, die weitgehend auf Unendlichkeit zurückzuführen sind." Einige Experten sind der Ansicht, dass seit den Griechen nicht viel erreicht wurde, da die Diskussion über die gegenwärtige oder tatsächliche Unendlichkeit (als Ganzes verstanden) und das unendliche Potential (das endlos wächst oder sich unterteilt) offen bleibt, wie Aristoteles es vorstellte. Dennoch ist es auch wahr, dass Mathematiker gelernt haben, Unendlichkeit mit einer gewissen Geschicklichkeit zu handhaben, vor allem seit der Arbeit des russischen Georg Cantor (1845-1918), die verschiedene Arten von Unendlichkeit eingeführt. Zum Beispiel ist es nicht dasselbe wie die unendliche Zahl, die Zahl der natürlichen Zahlen, die Unendlichkeit der königlichen Gerade, die Kontinuum. In jedem Fall ist die Unendlichkeit ein schadhaftes Konzept, aber es hat auch die Forschung in vielen Bereichen der Mathematik gefördert, wie infinitesimal Berechnung. Eines der großen Probleme dieser Wissenschaft im 20. Jahrhundert war die "Vermutung des Kontinuums." Im Wesentlichen geht es darum zu wissen, ob es eine unendliche 'Mittel' zwischen Zahl und Kontinuum gibt. Andererseits gibt es neben dem unendlichen Mathematiker noch einen anderen Physiker, der wiederum zwei Auffassungen haben kann, eine Praxis und eine kosmologische: Ist das endliche oder unendliche Universum?

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Bibliographische Referenz:

A. Diaz-Cano und F. González-Gascon. Escape to infinity in the presence of magnetic fields. Quarterly of Applied Mathematics 70 (1): 45-51, März 2012.

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