Phänomene unterschiedlicher typischer Zeit- oder Längenskalen unterliegen meist unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten. In diese für die jeweilige Skala einzuführen, ist das Ziel dieses Buches.
Es beginnt mit wichtigen Fakten und Modellvorstellungen über die Struktur, über den Zerfall und über Streuprozesse von Kernen. Es folgt die "Zoologie" der Hadronen und der Grundtatsachen hadronischer Streuprozesse. Der dritte Teil des Buches gibt eine Kurzeinführung in die Quantenelektrodynamik und die Quantenchromodynamik. Der Strom-Strom-Ansatz der schwachen Wechselwirkung und die Glashow-Weinberg-Salam-Theorie werden im vierten Teil erläutert. Die Higgs-Physik, die erklärt, wie die Massen der Vektorbosonen und (höchstwahrscheinlich) der Fermionen zustande kommen, bildet den Abschluss des Buches.
Mit vielen Abbildungen und Beschreibungen versucht das Buch, auch einen Eindruck in die experimentellen Aspekte der jeweiligen Physik zu geben.
Fritz W. Bopp wurde 1945 in Hechingen geboren. Sein Studium absolvierte er an der Universität München, der University of Arizona und der University of Illinois. Er promovierte 1973 an der University of Illinois. Nach wissenschaftlicher Tätigkeit an den Universitäten Bielefeld und Siegen, habilitierte er 1978 an der Universität Siegen, wo er seit 1983 Professor ist. Er unternahm zahlreiche, manchmal längere Forschungsaufenthalte an den Forschungszentren CERN in Genf, LAPP in Annecy und LPTHE in Orsay und den Universitäten Leipzig und Houston (UH).
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Gliederung nach der typischen Skala 1
2 Einführung in die Kernphysik 7
2.1 Kurze historische Einführung 7
2.2 Die wichtigsten Fakten der Kernstruktur 15
2.2.1 Zusammensetzung der Kerne 15
2.2.2 Geometrie der Kerne 18
2.2.3 Kernmassen 19
2.2.4 Zwei-Nukleonen-Potenzial 22
2.3 Modelle der Kemstruktur 28
2.3.1 Semi-empirische Beschreibung der Bindungsenergie von Kernen 29
2.3.2 Das Thomas-Fermi-Modell 35
2.3.3 Das Schalenmodell 38
2.3.4 Kurze Betrachtung der Kernmomente 46
2.3.5 Kollektives Modell 51
2.3.6 Cluster- und a-Teilchen-Modell 53
2.3.7 Möglichkeiten, Modelle an besonderen Kernen zu testen . . 55
2.4 Radioaktiver Zerfall 55
2.4.1 Mittlere Lebensdauer 57
2.4.2 Das exponentielle Zerfallsgesetz 58
2.4.3 Einheiten für die Radioaktivität 60
2.4.4 Der y-Zerfall 62
2.4.5 Der beta-Zerfall 69
2.4.6 Der a-Zerfall 72
2.4.7 Zerfall durch Kernspaltung 80
2.5 Allgemeine Betrachtungen zum Streuprozess 82
2.5.1 Definition von Luminosität und Wirkungsquerschnitt 82
2.5.2 Streuamplitude und Partialwellenanalyse 88
2.5.3 Das Optische Theorem 92
2.5.4 Die Struktur von Resonanzen 93
2.6 Modelle für die Kernstreuung (Kernreaktion) 95
2.6.1 Compound-Kern-Reaktionen 95
2.6.2 Das Optische Modell 98
2.7 Wichtige Beispiele kemphysikalischer Prozesse 100
2.7.1 Konzepte der Kernspaltung 100
2.7.2 Konzepte der Fusion 105
2.7.3 Die Entstehung der Elemente 108
3 Einführung in die Hadronenphysik 113
3.1 "Zoologie" der Hadronen 113
3.1.1 Die Hadronen der Kernphysik 113
3.1.2 Beschleuniger 116
3.1.3 Pion-Nukleon-Streuung 124
3.1.4 Hadronische Resonanzen 127
3.1.5 Flavor-Quantenzahlen 130
3.1.6 Quantenzahlen diskreter Symmetrien 134
3.1.7 Farbstruktur der Hadronlen 140
3.1.8 Mesonen 143
3.1.9 Baryonen 146
3.1.10 Tetraquarks 148
3.1.11 Eigenschaften der Quark-Bindung 148
3.2 Hadronische Streu Vorgänge 154
3.2.1 Regge-Pol-Modell 155
3.2.2 Topologische Betrachtungen und Pomeranchuk-Pol 168
3.2.3 Hochenergetische Teilchenproduktion (Teilchenstreuung) . 174
3.2.4 Hochenergetische Teilchenproduktion (Schwerionenstreuung) 188
4 Einführung in die Leptonen-und Partonenphysik 193
4.1 Kurze Einführung in die Quantenelektrodynamik 194
4.1.1 Die Klein-Gordon-Gleichung 194
4.1.2 Die Dirac-Gleichung 196
4.1.3 Einige Fakten der relativistischen Störungsrechnung .... 199
4.1.4 Ein zentraler Aspekt beim Pfadintegral 202
4.1.5 Feynman-Regeln 203
4.1.6 Elektron-Positron-Vernichtung in Myonen 206
4.1.7 Wichtige Querschnitte in der QED 210
4.2 Einführung in die Quantenchromodynamik 217
4.2.1 Die Farbstruktur der Quantenchromodynamik 220
4.2.2 Die Annihilation von e+e~ zu Quarks 224
4.2.3 Tiefinelastische Streuung 226
4.2.4 Drell-Yan-Streuung 233
4.2.5 Hadronische Streuungen mit großen Transversalimpulsen . 235
4.2.6 Quantenchromodynamik und "weiche" Wechselwirkungen 236
5 Einführung in die Physik der schwachen Bosonen 245
5.1 Die Strom-Strom-Wechselwirkung 245
5.1.1 Grundlegende experimentelle Beobachtungen 246
5.1.2 Die Wechselwirkung mit geladenen Strömen 247
5.1.3 Das neutrale Kaon 253
5.1.4 CP-Verletzung 255
5.1.5 Die Wechselwirkung mit neutralen Strömen 258
5.2 Die Weinberg-Salam-Theorie 260
5.2.1 Das schwache Vektorboson 260
5.2.2 Die Symmetriestruktur der elektroschwachen Wechselwirkung 262
5.2.3 Der Nachweis der schwachen Vektorbosonen 264
6 Einführung in die Physik der Higgs-Bosonen 269
6.1 Das Higgs-Boson und die schwachen Vektorbosonen 269
6.1.1 Welche Felder werden mindestens benötigt? 269
6.1.2 Die spontane Symmetriebrechung des Higgs-Feldes .... 271
6.1.3 Die Higgs-Massen der schwachen Vektormesonen 273
6.2 Die Entdeckung des Higgs-Bosons 276
6.2.1 Der ATLAS-Detektor 276
6.2.2 Ein Beispiel für ein Higgs-Signal 278
6.3 Das Higgs-Boson und die Massen der Fermionen 279
6.4 Ausblick auf die Physik unterhalb der Higgs-Bosonen Masse-Skala 280
6.4.1 Was bestimmt die Massenskala des Higgs-Teilchens? . ... 281
6.4.2 Kann die Physik bei kleineren Skalen symmetrischer werden? 281
Literatur 283
Sachverzeichnis 291