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Teilchenphysik und Kosmologie

eine Einführung in Grundlagen und Zusammenhänge
Verfasser*in: Suche nach Verfasser*in Treichel, Michael
Verfasser*innenangabe: Michael Treichler. Mit einem Geleitw. von Jack Steinberger
Jahr: 2000
Verlag: Berlin [u.a.], Springer
Mediengruppe: Buch
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Inhalt

Als einführendes Lehrbuch in die Teilchenastrophysik konzipiert wendet sich dieses Werk an Studenten der Physik und Astronomie ab dem Vordiplom. Kurz und prägnant werden die Grundlagen der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik vorgestellt, bevor das Standardmodell der Teilchenphysik erläutert und die Zusammenhänge mit den heutigen Fragen aus Astrophysik und Kosmologie hergestellt werden. Mathematisch elementarer als die meisten Einführungen in die Teilchenphysik eignet sich dieses Buch sowohl begleitend zu einer Kursvorlesung als auch zum Selbststudium. Besonderer Wert wird auf pädagogische Aspekte gelegt: im Vordergrund stehen Anschaulichkeit, eine am tatsächlichen Denkprozess orientierte Darstellung und die Ausgewogenheit zwischen theoretischen, experimentellen und interpretatorischen Aspekten der modernen Astroteilchenphysik.
 
 
 
 
 
 
/ AUS DEM INHALT: / / /
 
 
1. Großes und Kleines im Universum 1
 
Die Grundlagen: Newton und Kepler 1
 
Das Sonnensystem 3
 
Entfernte Sterne und Galaxien 6
 
Das expandierende Universum 10
 
Der heiße Urknall 12
 
Fernrohr und Mikroskop 16
 
Das Auflösungvermögen des Mikroskops 18
 
Über das optische Mikroskop hinaus 20
 
Mikroskopische Vorgänge im heißen Urknall 23
 
 
 
2. Die beiden Säulen: Relativität und Quantentheorie 25
 
Relativität: Woher kommt E = mc2? 25
 
Noch mehr Relativität: Gravitation und Geometrie 37
 
Was unterscheidet einen fallenden Körper
 
von einem beschleunigten? 37
 
Metrik und Linienelement 40
 
Krümmung 43
 
Und es stimmt! 50
 
Quanten, Teilchen und Felder 56
 
Plancks Strahlungsformel 56
 
Diskrete Zustände in Atomen 61
 
Ein erster Versuch: Bohrs Atommodell 62
 
Auf dem Weg zur Quantenmechanik: Wellenfunktionen,
 
Operatoren und die Unbestimmtheitsrelation 64
 
Der Formalismus: Zustandsvektoren, bra's und ket's 67
 
Erwartungswerte und Ströme 70
 
Formaler Beweis der Unbestimmtheitsrelation 74
 
Der quantenmechanische Drehimpuls 77
 
Ein intrinsischer Drehimpuls: der Spin 83
 
Zusammengesetzte Wellenfunktionen 86
 
Zwischenspiel: Das Heisenberg-Bild 87
 
Äquidistante Zustände: Der harmonische Oszillator 89
 
Teilchenerzeugung und -Vernichtung in relativistischen
 
Wellengleichungen: Klein-Gordon und Dirac 92
 
Eichinvarianz und Kopplungen 101
 
Quantisierung des Klein-Gordon-Felds 106
 
... und des Dirac-Felds 112
 
Noch ein Zwischenspiel: Spins und Drehungen 117
 
Von Feldoperatoren zu Erwartungswerten 120
 
Wechselwirkende Felder: Elektronen-Streuung als Beispiel 124
 
Allgemeine Baupläne für Amplituden 132
 
Eine Komplikation: Höhere Ordnungen 136
 
Schleifendiagramme oder Wie man aus der Not
 
eine Tugend macht 137
 
Renormierung 139
 
 
 
3. Das Standardmodell der Teilchenphysik 143
 
Einstieg: Der Isospin als innere Quantenzahl 143
 
Die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung 145
 
Seltsamkeit und SU(3) 150
 
Partonen in der tiefinelastischen Streuung 159
 
Quarks und Gluonen 168
 
Eine andere Wechselwirkung, ein anderer Prozess: der /3-Zerfall . 183
 
Rechtsherum und linksherum sind nicht dasselbe 193
 
Genaueres über die schwache Wechselwirkung zwischen Quarks . 200
 
Eine neue Theorie: schwache und elektromagnetische
 
Wechselwirkung unter einem Dach 204
 
Endliche Massen: der Higgs-Mechanismus 212
 
Die Bestätigung im Experiment 220
 
Quarks im Standardmodell 224
 
CP-Verletzung: drei Quark-Generationen passen ins Bild 229
 
Eine mögliche Modifikation: Neutrino-Oszillationen 234
 
Zum Schluss: eine Standortbestimmung
 
und einige Spekulationen 242
 
 
 
4. Kosmologie 253
 
Das expandierende Universum:
 
von Newton zu Einstein und Friedmann 254
 
Dichte, Temperatur und Wellenlängen
 
im Laufe der Entwicklung 261
 
Chemie im Urknall: Wie sind Atome
 
und Atomkerne entstanden? 268
 
Das erste Rätsel: Dunkle Materie 274
 
"Exotische" Kandidaten für Dunkle Materie 280
 
Weitere Fragen: Horizonte und Flachheit 285
 
Die mögliche Antwort: Eine kosmologische Konstante 287
 
Inflation! 290
 
Inhaltsverzeichnis XV
 
Szenenwechsel: Kosmische Strahlung 302
 
Fermis Beschleunigungs-Mechanismus 307
 
Was geschieht im Sterntod? 311
 
 
 
A. Einige mathematische Werkzeuge 317
 
Der Cauchysche Integralsatz,
 
die (5-Funktion und Fourier-Transformationen 317
 
Gruppen 320
 
 
 
B. Grundbegriffe der klassischen Elektrodynamik 327
 
Elektrizität 327
 
Magnetismus 330
 
Magnetische Induktion 335
 
Die Konsequenzen der Verschiebung: elektromagnetische Wellen 336
 
 
 
C. Thermodynamik und Statistische Mechanik 343
 
Das ideale Gas 343
 
Kinetische Theorie der Gase 345
 
Erster Hauptsatz und statistische Mechanik 347
 
Quantenstatistik 350
 
Zum Abschluss: Thermischer Mittelwert
 
von bosonischen Feldern 354
 
 
 
D. Wahrscheinlichkeiten und Verteilungen 357
 
Binomial- Verteilung 359
 
Poisson-Verteilung 359
 
Gauß-Verteilung 362
 
Negative Binomial- und Exponential-Verteilung 363
 
 
 
E. Zerfallsraten und Wirkungsquerschnitte 367
 
 
 
Literaturverzeichnis 373
 
Index 381
 

Details

Verfasser*in: Suche nach Verfasser*in Treichel, Michael
Verfasser*innenangabe: Michael Treichler. Mit einem Geleitw. von Jack Steinberger
Jahr: 2000
Verlag: Berlin [u.a.], Springer
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Systematik: Suche nach dieser Systematik NN.SP
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ISBN: 3-540-67711-9
Beschreibung: XV, 389 S. : Ill., graph. Darst.
Schlagwörter: Astrophysik, Elementarteilchenphysik, Kosmologie, Cosmologie, Cosmology, Elementarteilchentheorie, Evolution / Kosmos, Teilchenphysik, Weltall / Entstehung, Weltall / Entwicklung, Weltall / Evolution, Weltentstehung
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Fußnote: Literaturverz. S. 373 - 379
Mediengruppe: Buch