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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.

 

/ INHALTSÜBERSICHT: / / /

1 Entdeckung des Atomkernes 1

2 Kernradius 11

3 Kernmassen 23

4 Radioaktiver Zerfall 35

5 Kernstabilität 43

6 Schalenmodell 63

7 Elementarteilchen 73

8 Relativistische Kinematik 93

9 Beschleuniger und Detektoren 107

10 Quarkmodell der Hadronen 139

11 Erhaltungssätze 161

12 Hadronische Wechselwirkung 189

13 Schwache Wechselwirkung 211

14 Neutrinos 231

15 Dirac-Gleichung 251

16 Elektroschwache Wechselwirkung 265

17 Anwendungen des Standardmodells 297

18 Neutrale Kaonen 323

Literatur 347

Index 353

Farbtafeln 361

 

 

/ AUS DEM INHALT: / / /

1 Entdeckung des Atomkernes 1 / 1.1 Rutherfordstreuung 2 / 1.1.1 Bemerkungen zu den Einheiten 6 / 1.1.2 Deutung des differentiellen Wirkungsquerschnitts 6 / 1.1.3 Rutherford-Wirkungsquerschnitt 8 / / 2 Kernradius 11 / 2.1 Mottstreuung 11 / 2.2 Formfaktor 13 / 2.3 Spektroskopische Bestimmung des Kernradius 18 / 2.4 Formfaktor des Nukleons 20 / / 3 Kernmassen 23 / 3.1 Fermi-Gasmodell 27 / 3.2 Tröpfchenmodell 31 / / 4 Radioaktiver Zerfall 35 / 4.1 Zerfallsgesetz 35 / 4.2 Partialbreite und totale Breite 39 / 4.3 Poissonstatistik 41 / / 5 Kernstabilität 43 / 5.1 7-Zerfall 43 / 5.2 /3-Zerfall 47 / 5.3 a-Zerfall 51 / 5.4 Induzierte Kernspaltung 58 / / 6 Schalenmodell 63 / 6.1 Elektrisches Quadrupolmoment 68 / / 7 Elementarteilchen 73 / 7.1 Einführung 73 / 7.2 Mesonen und Baryonen 76 / 7.3 Wechselwirkungen 78 / 7.3.1 Erhaltungssätze 81 / 7.3.2 Austauschkraft und Reichweite 83 / 7.3.3 Erhaltung des Quarkflavours 86 / 7.3.4 Wirkungsquerschnitt und Lebensdauer 88 / 7.4 Jenseits des Standardmodells 89 / / 8 Relativistische Kinematik 93 / 8.1 7T° ->¿ 2 7 94 / 8.2 Tr-+ni/ 101 / 8.3 Mandelstam Variablen s und t 103 / 8.4 Eigenzeit 105 / / 9 Beschleuniger und Detektoren 107 / 9.1 Beschleuniger 107 / 9.2 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie 114 / 9.3 Vielfachstreuung 119 / 9.4 Bremsung von Elektronen 121 / 9.5 Wechselwirkung von Photonen mit Materie 122 / 9.6 Drahtkammer 126 / 9.7 Szintillationszähler 129 / 9.8 Blasenkammer 130 / 9.9 Cerenkov-Zähler 130 / 9.10 Elektromagnetisches Kalorimeter 134 / 9.11 Hadron-Kalorimeter 136 / / 10 Quarkmodell der Hadronen 139 / 10.1 Strangeness 139 / 10.2 Aufbau des Hadronenspektrums 141 / 10.2.1 Mesonen 141 / 10.2.2 Baryonen 144 / 10.2.3 Isospin 145 / 10.3 Schwere Quarks 149 / 10.3.1 Charmonium 151 / 10.3.2 Bottomonium 154 / 10.3.3 Quarkonium 155 / 10.4 Farbe 158 / / 11 Erhaltungssätze 161 / 11.1 Impulserhaltung 162 / 11.2 Drehimpulserhaltung 162 / 11.3 Erhaltung der Parität 163 / 11.4 Interne Parität 167 / 11.5 Eichinvarianz 170 / 11.6 Helizität des Photons 172 / 11.7 Ladungskonjugation 179 / 11.8 Zeitumkehrinvarianz 183 / 11.8.1 Magnetisches und elektrisches Dipolmoment 184 / 11.9 CPT-Invarianz 187 / / 12 Hadronische Wechselwirkung 189 / 12.1 2-Körperendzustand 190 / 12.1.1 Prinzip des detaillierten Gleichgewichts (detailed balance) 191 / 12.2 3-Körperendzustand 193 / 12.2.1 Spin des geladenen Kaons 196 / 12.2.2 Spin des u-Mesons 197 / 12.2.3 Invariante Masse 199 / 12.3 Isospin 201 / 12.3.1 Nukleon-Nukleon-Streuung 203 / 12.3.2 Pion-Nukleon-Streuung 205 / 12.4 G-Parität 208 / / 13 Schwache Wechselwirkung 211 / 13.1 Entdeckung des Neutrons 212 / 13.2 /3-Zerfall 213 / 13.2.1 Erlaubte und "verbotene" Übergänge 215 / 13.2.2 ft-Wert 220 / 13.2.3 Die Kopplungskonstanten GF und QAI9V 221 / 13.2.4 Sargent-Regel 221 / 13.3 Paritätsverletzung 223 / 13.3.1 Paritätsverletzung im Kern-/3-Zerfall 223 / 13.3.2 n-fi- e-Zerfallskette 225 / 13.3.3 Das anomale magnetische Moment des Myons 227 / / 14 Neutrinos 231 / 14.1 Elektron-Antineutrino 231 / 14.2 Masse des Elektron-Neutrinos 233 / 14.3 Sonnenneutrinos 234 / 14.4 Helizität des Neutrinos 237 / 14.5 Dirac- und Majorana-Neutrinos 240 / 14.6 Neutrino-Oszillationen 241 / 14.6.1 Oszillationsmechanismus 243 / 14.6.2 Oszillationen zwischen drei Neutrinosorten 245 / 14.6.3 Aml3-Oszillationen 247 / 14.6.4 Am^-Oszillationen 248 / / 15 Dirac-Gleichung 251 / 15.1 Standard-Darstellung 254 / 15.2 Linkshändige und rechtshändige Spinoren 257 / 15.3 Parität 259 / 15.4 Ladungskonjugation 260 / 15.5 Strom 260 / 15.6 Strom-Strom-Wechselwirkung 261 / / 16 Elektroschwache Wechselwirkung 265 / 16.1 V - ,4-Wechselwirkung 265 / 16.2 Schwacher Isospin 271 / 16.2.1 Neutrale schwache Ströme 273 / 16.2.2 Experimenteller Nachweis der neutralen Ströme 273 / 16.3 GIM-Mechanismus 277 / 16.4 Lokale Eichinvarianz in QED 279 / 16.5 Spontane Symmetriebrechung 282 / 16.6 Eichinvarianz in der elektroschwachen Wechselwirkung 284 / 16.7 Glashow-Weinberg-Salam-Modell 287 / / 17 Anwendungen des Standardmodells 297 / 17.1 Paritätsverletzung in der Elektron-Deuterium-Streuung 297 / 17.2 Die W- und Z°-Bosonen 302 / 17.2.1 ^-Breite 307 / 17.2.2 Z°-Breite 310 / 17.3 Neutrino-Streuung 312 / 17.3.1 Streuung geladener Ströme 313 / 17.3.2 Neutrino-Quark-Streuung 315 / 17.3.3 Streuung neutraler Ströme 318 / 17.3.4 Rein leptonische Reaktionen 320 / / 18 Neutrale Kaonen 323 / 18.1 Die Ki- und ^-Zustande 323 / 18.1.1 Messung der Lebensdauer der K\- und ^-Zustände 327 / 18.1.2 K° - ^"-Schwingungen 329 / 18.1.3 Regeneration 331 / 18.2 CP-Verletzung 333 / 18.2.1 Indirekte CP-Verletzung 335 / 18.2.2 Direkte CP-Verletzung 340 / 18.3 Semileptonische Zerfälle 343 / 18.3.1 Messung der T-Verletzung 344 / / Literatur 347 / / Index 353 / / Farbtafeln 361