Die Quantenelektrodynamik (QED) beschreibt die Wechselwirkung von Licht und Materie, genauer: die Wechselwirkung von Elektronen, Positronen und Photonen. Mittlerweile ist diese Theorie schon älter als ein halbes Jahrhundert. Im Laufe der Jahre ist sie in vielen Energiebereichen getestet worden, nicht zuletzt mit Hilfe der modernen Teilchenbeschleuniger. Um so überraschender ist die Tatsache, daß man bis heute keinerlei Abweichungen zwischen den theoretischen Voraussagen und den experimentellen Daten gefunden hat! Die QED zählt damit zu den genauesten aller Theorien. Dieses Werk führt in die wichtigsten Ergebnisse und Rechenverfahren der Quantenelektrodynamik ein. Aus erster Hand wird der Leser auch mit den berühmten "Feynman-Graphen" vertraut gemacht.
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Vorwort des Herausgebers 5
Einleitung 11
Wechselwirkung zwischen Licht und Materie - Quantenelektrodynamik
Diskussion der Fermi-Methode 13
Die Gesetze der Quantenelektrodynamik 14
Die Absorption von Licht 20
Die Auswahlregeln in der Dipol-Näherung 25
Strahlungsgleichgewicht 30
Die Streuung von Licht 31
Selbstenergie 34
Zusammenfassung der Prinzipien und Resultate der speziellen Relativitätstheorie 35
Lösung der Maxwell-Gleichung im leeren Raum 39
Mechanik relativistischer Teilchen 41
Relativistische Wellengleichung
Einheiten 45
Klein-Gordon-, Pauli- und Dirac-Gleichung 46
Algebra der y-Matrizen 51
Ähnlichkeits-Transformation 55
Relativistische" Invarianz 56
Hamilton-Form der Dirac-Gleichung 56
Nichtrelativistische Näherung in der Dirac-Gleichung 61
Lösung der Dirac-Gleichung für ein freies Teilchen 67
Definition des Spins eines bewegten Elektrons 71
Normierung der Wellenfunktionen 73
Methoden zur Berechnung von Matrixelementen 75
Interpretationen der Zustände negativer Energie 77
Potential-Probleme in der Quantenelektrodynamik
Paarerzeugung und -Vernichtung 82
Energieerhaltung 83
Der Ausbreitungs-Kern 83
Zur Anwendung des Kerns K + (2.1) 87
Übergangswahrscheinlichkeit 88
Streuung eines Elektrons an einem Coulomb-Potential 89
Zustandsdichte, Wirkungsquerschnitt 91
Berechnung des Ausbreitungskernes Tür ein freies Teilchen . . . . 93
Impulsdarstellung 99
Matrixelemente 99
Relativistische Behandlung der Wechselwirkung
von Teilchen mit Licht 103
Strahlung, die von Atomen ausgesandt wird 104
Streuung von Gamma-Strahlen an Atomelektronen 104
Anmerkung zur Dichte der Endzustände 106
Compton-Strahlung 107
Berechnung von \M\2 107
Diskussion der Klein-Nishina-Formel 113
Mittelung über die Polarisationen 114
Totaler Streuquerschnitt 115
Zweiphoton-Paarvernichtung 116
Positronvernichtung in Ruhe 118
Bremsstrahlung 120
Paarerzeugung 124
Eine Methode zur Summation von Matrixelementen
über Spinzustände 125
Auswirkungen der Abschirmung des Coulomb-Feldes in Atomen . 128
Wechselwirkung von mehreren Elektronen 131
Verwendung von ö + (s2) 133
Herleitung der "Regeln" der Quantenelektrodynamik 136
Elektron-Elektron-Streuung 138
Die Summe über vier Polarisationen 140
Diskussion und Interpretationen von verschiedenen ,,Korrektur"-Termen
Elektron-Elektron-Wechselwirkung 142
Elektron-Positron-Wechselwirkung 145
Positronium 146
Zwei-Photon-Austausch zwischen Elektronen und/oder Positronen 148
Selbstenergie des Elektrons 149
Methode zur Integration von Integralen, die in der Quantenelektrodynamik
auftreten 154
Selbstenergieintegral mit einem äußeren Potential 155
Streuung an einem äußeren Potential 157
Lösung der fiktiven "Infrarotkatastrophe" 165
Eine andere Behandlung der Infrarot-Schwierigkeit 168
Wirkung auf ein Atomelektron 169
Prozesse mit geschlossenen Schleifen, Vakuumpolarisation . . . . 173
Streuung von Licht an einem Potential 175
Pauli-Prinzip und Dirac-Gleichung 178
Anhang 182
v. H. Fritzsch
Schwache Wechselwirkung von Leptonen und Quarks 182
Eichinvarianz und schwache Wechselwirkung 187
Die Gruppe der SU(2) als Eichgruppe der schwachen WW 189
Spontane Symmetrieberechnung 190
Die SU(2) x TJ(l)-Theorie des Elektrons 198
Die SU(2) x U(l)-Theorie der Leptonen und Quarks 204
Zusammenfassung des Anhangs 207