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Zu jedem Teilchen gibt es ein Antiteilchen

Zu jedem Elementarteilchen gibt es ein sogenanntes Antiteilchen. Antiteilchen haben meistens den gleichen Namen wie ihr Gegenstück, so heißt das Antiteilchen des Neutrinos Anti-Neutrino. Eine Ausnahme stellt das Positron dar, es ist das Antiteilchen des Elektrons. Die Antiteilchen haben genau die entgegengesetzte Ladung der normalen Teilchen, entsprechen ihnen aber sonst in allen ihren Eigenschaften. Daher erfahren sie auch alle Wechselwirkungen genauso stark, aber mit umgekehrtem Vorzeichen. Das Photon ist sein eigenes Antiteilchen.

Antimaterie und Materie existieren normalerweise nicht parallel, da Teilchen und die zugehörigen Antiteilchen beim Aufeinandertreffen zerstrahlen. Nach der Zerstrahlung bleiben andere Elementarteilchen übrig, z.B. Photonen, andere Bosonen oder jedes andere Teilchen-Antiteilchen-Paar. Entscheidend hierfür ist, dass die Energie zur Erzeugung der Ruhemassen dieser Teilchen ausreicht. Bei sehr hohen Temperaturen ist es jedoch sehr wohl möglich, dass Materie und Anti-Materie parallel bestehen. So wird angenommen, dass beim Urknall genauso viel Materie wie Anti-Materie vorhanden war.

Wie bereits dargestellt, gilt für die Fermionen ein absoluter Erhaltungssatz. Die Gesamtanzahl muss also immer gleich bleiben.

Das Positron wurde bereits von Paul Dirac vorausgesagt und schließlich 1932 von Carl Anderson entdeckt.

Die Antiteilchen haben schon seit etlichen Jahren außerhalb der Physik sinnvolle Anwendungen gefunden. In der Medizin wird z.B. für die Krebserkennung die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eingesetzt.

Inhalt


Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

Die Positronen-Emissions-Tomographie ist ein nicht-invasives, bildgebendes Diagnoseverfahren. Sie wird seit mehr als fünfzehn Jahren zunehmend genutzt. Mit ihr sind Krebserkrankungen wesentlich früher zu erkennen, als dies z.B. mit Sonographie, CT, MRT oder Szintigraphie möglich ist.. Die PET eignet sich vor allem, um Funktionsuntersuchungen durchzuführen, d.h. den Stoffwechsel des Körpers zu untersuchen.

Dem Patienten werden sogenannte Tracer verabreicht, die mit einem Positronenstrahler markiert sind. Diese Tracer sind Substanzen, die im normalen Stoffwechsel des Körpers vorkommen. So wird z.B. Fluor-18-Desoxyglucose eingesetzt. Dies ist leicht veränderte Glucose, die sich im Körper wie normale Glucose verhält. Krebsgewebe hat einen höheren Stoffwechsel als gesundes Gewebe. Der Tracer wird daher vermehrt in diese Regionen des Körpers transportiert. Beim Zerfall des Positronenstrahlers wird ein Positron ausgesandt. Nach ca. 1mm zerstrahlt es mit einem Elektron. Bei dieser Wechselwirkung werden zwei Photonen in entgegengesetzter Richtung emittiert. Diese Photonen können außerhalb des Körpers detektiert werden.

Bei der Detektion wird ausgenutzt, dass die Photonen in entgegengesetzter Richtung emittiert wurden. Der Detektor ist wie bei der CT ringförmig. Wenn zwei Photonen gleichzeitig den Detektor erreichen, wird dies als ein Treffer gezählt. Durch mehrere dieser Ereignisse kann mit dem Computer bestimmt werden, an welcher Stelle ein erhöhter Stoffwechsel stattfindet.

Welche Tracer werden eingesetzt?

Wie werden Tracer erzeugt?

Welche Anwendungen sind mit PET außerdem möglich?

Die physikalischen Grundlagen eines Positronenstrahlers.

Warum entsteht daraus ein Bild?

 

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