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Claude Amsler

Kern- und Teilchenphysik

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EAN/ISBN
9783838528854
1. 2007

Details

Das vorliegende Buch bietet eine phänomenologische Einführung in die Welt der elementarsten Bausteine, die mit der Entdeckung der Radioaktivität im Jahre 1896 begann und bis zum kürzlich erfolgten Nachweis der Neutrino-Oszillationen reicht. Es richtet sich an Studierende der Physik, die die Grundlagen der Physik und Mathematik schon beherrschen.

Der Stoff orientiert sich am Experiment, ist chronologisch aufgebaut und schlägt eine Brücke zwischen der Kern- und Teilchenphysik. Beschrieben werden die Methoden zur Herstellung von Teilchenstrahlen und zur Beobachtung von Teilchenreaktionen. Die bahnbrechenden Erkenntnisse werden anschaulich aus der Theorie hergeleitet und mit Messungen verglichen. Dieses Buch schließt eine schon lange bestehende Lücke zwischen Kern- und Teilchenphysik und zwischen Experimenten und Theorie. Begriffe aus nieder- und hochenergetischen Bereichen der Teilchenphysik werden phänomenologisch hergeleitet und mit Messungen verglichen.
  • Kern- und Teilchenphysiki
  • Impressumv
  • Vorwortvi
  • Empfohlene Literaturvii
  • Inhaltsverzeichnisix
  • 1 Entdeckung des Atomkernes1
  • 1.1 Rutherfordstreuung2
  • 1.1.1 Bemerkungen zu den Einheiten6
  • 1.1.2 Deutung des differentiellenWirkungsquerschnitts6
  • 1.1.3 Rutherford-Wirkungsquerschnitt8
  • 2 Kernradius11
  • 2.1 Mottstreuung11
  • 2.2 Formfaktor13
  • 2.3 Spektroskopische Bestimmung des Kernradius18
  • 2.4 Formfaktor des Nukleons20
  • 3 Kernmassen23
  • 3.1 Fermi-Gasmodell27
  • 3.2 Tröpfchenmodell31
  • 4 Radioaktiver Zerfall35
  • 4.1 Zerfallsgesetz35
  • 4.2 Partialbreite und totale Breite39
  • 4.3 Poissonstatistik41
  • 5 Kernstabilität43
  • 5.1 γ-Zerfall43
  • 5.2 β-Zerfall47
  • 5.3 α-Zerfall51
  • 5.4 Induzierte Kernspaltung58
  • 6 Schalenmodell63
  • 6.1 Elektrisches Quadrupolmoment68
  • 7 Elementarteilchen73
  • 7.1 Einführung73
  • 7.2 Mesonen und Baryonen76
  • 7.3 Wechselwirkungen78
  • 7.3.1 Erhaltungssätze81
  • 7.3.2 Austauschkraft und Reichweite83
  • 7.3.3 Erhaltung des Quarkflavours86
  • 7.3.4 Wirkungsquerschnitt und Lebensdauer88
  • 7.4 Jenseits des Standardmodells89
  • 8 Relativistische Kinematik93
  • 8.1 π0 → 2γ94
  • 8.2 π → μν101
  • 8.3 Mandelstam Variablen s und t103
  • 8.4 Eigenzeit105
  • 9 Beschleuniger und Detektoren107
  • 9.1 Beschleuniger107
  • 9.2 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie114
  • 9.3 Vielfachstreuung119
  • 9.4 Bremsung von Elektronen121
  • 9.5 Wechselwirkung von Photonen mit Materie122
  • 9.6 Drahtkammer126
  • 9.7 Szintillationszähler129
  • 9.8 Blasenkammer130
  • 9.9 Cerenkov-Zähler130
  • 9.10 Elektromagnetisches Kalorimeter134
  • 9.11 Hadron-Kalorimeter136
  • 10 Quarkmodell der Hadronen139
  • 10.1 Strangeness139
  • 10.2 Aufbau des Hadronenspektrums141
  • 10.2.1 Mesonen141
  • 10.2.2 Baryonen144
  • 10.2.3 Isospin145
  • 10.3 Schwere Quarks149
  • 10.3.1 Charmonium151
  • 10.3.2 Bottomonium154
  • 10.3.3 Quarkonium155
  • 10.4 Farbe158
  • 11 Erhaltungssätze161
  • 11.1 Impulserhaltung162
  • 11.2 Drehimpulserhaltung162
  • 11.3 Erhaltung der Parität163
  • 11.4 Interne Parität167
  • 11.5 Eichinvarianz170
  • 11.6 Helizität des Photons172
  • 11.7 Ladungskonjugation179
  • 11.8 Zeitumkehrinvarianz183
  • 11.8.1 Magnetisches und elektrisches Dipolmoment184
  • 11.9 CPT-Invarianz187
  • 12 HadronischeWechselwirkung189
  • 12.1 2-Körperendzustand190
  • 12.1.1 Prinzip des detaillierten Gleichgewichts (detailed balance)191
  • 12.2 3-Körperendzustand193
  • 12.2.1 Spin des geladenen Kaons196
  • 12.2.2 Spin des ω-Mesons197
  • 12.2.3 Invariante Masse199
  • 12.3 Isospin201
  • 12.3.1 Nukleon-Nukleon-Streuung203
  • 12.3.2 Pion-Nukleon-Streuung205
  • 12.4 G-Parität208
  • 13 SchwacheWechselwirkung211
  • 13.1 Entdeckung des Neutrons212
  • 13.2 β-Zerfall213
  • 13.2.1 Erlaubte und “verbotene” Übergänge215
  • 13.2.2 ft-Wert220
  • 13.2.3 Die Kopplungskonstanten GF und gA/gV221
  • 13.3 Paritätsverletzung223
  • 13.3.1 Parittsverletzung im Kern-β-Zerfall223
  • 13.3.2 π − μ − e-Zerfallskette225
  • 13.3.3 Das anomale magnetische Moment des Myons227
  • 14 Neutrinos231
  • 14.1 Elektron-Antineutrino231
  • 14.2 Masse des Elektron-Neutrinos233
  • 14.3 Sonnenneutrinos234
  • 14.4 Helizität des Neutrinos237
  • 14.5 Dirac- und Majorana-Neutrinos240
  • 14.6 Neutrino-Oszillationen241
  • 14.6.1 Oszillationsmechanismus243
  • 14.6.3 Δm2/23-Oszillationen247
  • 14.6.4 Δm2/12-Oszillationen248
  • 15 Dirac-Gleichung251
  • 15.1 Standard-Darstellung254
  • 15.2 Linkshändige und rechtshändige Spinoren257
  • 15.3 Parität259
  • 15.4 Ladungskonjugation260
  • 15.5 Strom260
  • 15.6 Strom-Strom-Wechselwirkung261
  • 16 Elektroschwache Wechselwirkung265
  • 16.1 V − A-Wechselwirkung265
  • 16.2 Schwacher Isospin271
  • 16.2.2 Experimenteller Nachweis der neutralen Ströme273
  • 16.3 GIM-Mechanismus277
  • 16.4 Lokale Eichinvarianz in QED279
  • 16.5 Spontane Symmetriebrechung282
  • 16.6 Eichinvarianz in der elektroschwachenWechselwirkung284
  • 17 Anwendungen des Standardmodells297
  • 17.1 Paritätsverletzung in der Elektron-Deuterium-Streuung297
  • 17.2 Die W- und Z0-Bosonen302
  • 17.2.1 W-Breite307
  • 17.2.2 Z0-Breite310
  • 17.3 Neutrino-Streuung312
  • 17.3.1 Streuung geladener Ströme313
  • 17.3.2 Neutrino-Quark-Streuung315
  • 17.3.3 Streuung neutraler Ströme318
  • 17.3.4 Rein leptonische Reaktionen320
  • 18 Neutrale Kaonen323
  • 18.1 Die K1- und K2-Zustände323
  • 18.1.1 Messung der Lebensdauer der K1- und K2-Zustände327
  • 18.1.2 K0 − K0-Schwingungen329
  • 18.1.3 Regeneration331
  • 18.2 CP-Verletzung333
  • 18.2.1 Indirekte CP-Verletzung335
  • 18.2.2 Direkte CP-Verletzung340
  • 18.3 Semileptonische Zerfälle343
  • 18.3.1 Messung der T-Verletzung344
  • Literatur347
  • Index353