Der Autor stellt die Grundlagen der modernen Elementarteilchenphysik und Kosmologie, sowie der aktuellen offenen Fragen bis zur Stringtheorie dar. Das Buch enthält elementare Einführungen in die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie, die klassische und Quanten-Feldtheorie. Die wesentlichen Aspekte dieser Konzepte und viele Phänomene werden mit Hilfe einfacher Rechnungen verstanden, wie z.B. die Schwerkraft als Folge der Krümmung des Raumes.
Behandelt werden der Urknall, die Dunkle Materie und die Dunkle Energie, sowie die zur Zeit bekannten Wechselwirkungen der Elementarteilchenphysik: die Elektrodynamik, die starke und die schwache Wechselwirkung einschließlich des Higgs-Bosons. Zuletzt werden heutzutage (noch?) spekulative Theorien skizziert: Theorien der großen Vereinheitlichung der Wechselwirkungen, Supersymmetrie, die Stringtheorie und zusätzliche Dimensionen der Raum-Zeit. Diese zweite Auflage beinhaltet signifikant erweiterte Beschreibungen der Funktionsweise des Beschleunigers LHC, der Suche nach dem Higgs-Boson sowie der Suche nach der Dunklen Materie.
Es werden keine höheren mathematische oder physikalischen Kenntnisse vorausgesetzt; das Buch ist auch für Abiturienten und Studenten der ersten Semester geeignet.
Der Autor Ulrich Ellwanger promovierte in Theoretischer Physik an der Universität Heidelberg. Seine Forschungsgebiete sind die Elementarteilchenphysik und die Kosmologie. (Verlagstext)
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1 Überblick 1
1.1 Das Universum 1
1.2 Der Aufbau der Materie 3
1.2.1 Der Aufbau der Atome 3
1.3 Der Aufbau der Kerne 6
1.3.1 Radioaktivität 6
1.3.2 Die a-Strahlung 7
1.3.3 Die ^-Strahlung 8
1.3.4 Die y-Strahlung 9
1.4 Der Aufbau der Baryonen 9
1.5 Vorläufige Zusammenfassung 11
1.6 Übungsaufgabe 12
2 Die Entwicklung des Universums 13
2.1 Die Ausdehnung des Universums in der allgemeinen Relativitätstheorie 13
2.2 Die Geschichte des Universums 16
2.3 Die dunkle Materie und die dunkle Energie 19
2.4 Inflation 22
2.5 Zusammenfassung und offene Fragen 23
2.6 Übungsaufgaben 25
3 Elemente der Relativitätstheorie 27
3.1 Die spezielle Relativitätstheorie 27
3.1.1 Energie und Impuls 34
3.2 Die allgemeine Relativitätstheorie: gekrümmte Räume 36
3.2.1 Das schwarze Loch 40
3.3 Übungsaufgaben 42
4 Die Feldtheorie 43
4.1 Die Klein-Gordon-Gleichung 43
4.2 Die Wellenlösung 44
4.3 Die Coulomb-Lösung 48
4.4 Gravitationswellen 48
4.5 Übungsaufgaben 51
5 Die Elektrodynamik 53
5.1 Die klassische Elektrodynamik 53
5.2 Die Elektron-Elektron-Streuung 56
5.3 Die Quantenelektrodynamik 58
5.4 Der innere Drehimpuls 66
5.5 Das Bohr'sche Atommodell 68
5.6 Übungsaufgaben 71
6 Die starke Wechselwirkung 73
6.1 Zusammenfassung 80
6.2 Übungsaufgabe 80
7 Die schwache Wechselwirkung 81
7.1 W-und Z-Bosonen 81
7.2 Die Paritätsverletzung 87
7.3 Das Higgs-Boson 89
7.4 Die CP-Verletzung 95
7.5 Neutrino-Oszillationen 96
7.6 Übungsaufgaben 101
8 Die Produktion von Elementarteilchen 103
8.1 Der Aufbau von Ringbeschleunigern und Detektoren 106
8.2 Die Entdeckung neuer Elementarteilchen 111
8.3 Übungsaufgabe 122
9 Symmetrien 123
9.1 Äußere Symmetrien 123
9.2 Innere Symmetrien 125
9.3 Eichsymmetrien und Eichfelder 129
9.4 Übungsaufgaben (Anspruchsvoll !) 138
10 Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik 139
11 Quantenkorrekturen und die Renormierungsgruppengleichungen 143
11.1 Übungsaufgabe 151
12 Jenseits des Standardmodells 153
12.1 Die große Vereinheitlichung 153
12.2 Das Hierarchieproblem und die Supersymmetrie 156
12.3 Quantengravitation, Stringtheorie und zusätzliche Dimensionen 162
12.4 Übungsaufgabe 175
Anhang 177
A.l Wichtige Konstanten und Abkürzungen 177
A.2 Nützliche Internetadressen 178
Lösungen der Übungsaufgaben 179
Literatur 187
Sachverzeichnis 189