Phänomene und Konzepte der Elementarteilchenphysik: mit 40 Tabellen
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| Sprache: | German |
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Braunschweig
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1991
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IX
Inhaltsverzeichnis
Vorwort.
V
Notation, Symbole und Abkürzungen .
VII
Teil
I
Relativistische Kinematik und Quantenfelder . 1
1 Einleitung. 1
2 Spezielle Relativitätstheorie und relativistische Kinematik. 6
2.1 Die Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie. 6
2.2 Energie und Impuls relativistischer Teilchen. 14
2.3 Relativistische Kinematik der Kollision zweier Teilchen. 17
Aufgaben. 25
3 Teilchen und Felder. 26
3.1 Schrödinger-, Dirac-und Heisenberg-Bild der Quantenmechanik . 26
3.2 Freie Felder und der Fock-Raum. 28
3.3 Der Lagrange-Formalismus und die Noether-Theoreme . 38
3.4 Die kanonischen Quantisierungsregeln . 43
Aufgaben. 44
4 Die Dirac-Gleichung und das Dirac-Feld. 45
4.1 Die Dirac-Gleichung. 45
4.2 Lösungen der Dirac-Gleichung. 48
4.3 Das Transformationsverhalten des Dirac-Spinors. 51
4.4 Quantisierung und Interpretation des Dirac-Feldes. 55
4.5 Die
Paritäts-, Ladungskonjugations-
und Zeitumkehr-Transformation
für das freie Dirac-Feld . 61
4.5.1 Die Paritäts-Transformation
Ρ
. 61
4.5.2 Die Ladungskonjugations-Transformation
С
. 62
4.5.3 Die Zeitumkehr-Transformation
Τ
. 64
Aufgaben. 68
5 Die Streumatrix und der Streuquerschnitt. 68
5.1 Die Streuung von Elektronen an einem schweren Kern. 68
5.2 Die allgemeine Definition von S- und T-Matrix. 75
5.3 Die
Unitari
tätsrelation
und das optische Theorem. 79
5.4 Die Zerfallsrate eines instabilen Teilchens. 80
Aufgaben. 80
χ
Inhaltsverzeichnis
Teil
II
Quantenelektrodynamik. 81
6 Einführende Bemerkungen. 81
7 Die Quantisierung des freien elektromagnetischen Feldes. 84
7.1 Vertauschungsregeln und indefinite Metrik. 84
7.2 Normal- und zeitgeordnete Produkte. 90
Aufgaben. 95
8 Ergänzungen zur Theorie des freien Dirac-Feldes. 95
8.1 Der Dirac-Strom. 95
8.2 Das magnetische Moment des Elektrons nach der Dirac-Theorie. 97
8.3 Der freie Elektronpropagator .100
Aufgaben.101
9 Die elektromagnetische Kopplung und die Störungsentwicklung.102
9.1 Die elektromagnetische Kopplung des Dirac-Feldes.102
9.2 Die Feynman-Regeln.104
Aufgaben.107
10 Einfache Reaktionen in der Quantenelektrodynamik.108
10.1 Die Elektron-Elektron-Streuung
(Möller-S
treuung).108
10.2 Die Elektron-Positron-Streuung (Bhabha-Streuung) .114
10.3 Die Compton-Streuung.116
Aufgaben.120
11 Das Myon und die Myon-Paarproduktion in der Elektron-Positron-
Vernichtung .121
11.1 Eigenschaften des Myons.121
11.2 Die Reaktion e"e+ —>
μ~μ*
.122
Aufgaben.126
12 Probleme mit äußeren Feldern.127
12.1 Die Streuung von Elektronen an einem äußeren Potential.128
12.2 Bremsstrahlung .129
12.3 Die Paarerzeugung (Bethe-HeiÜer-Prozeß) .135
Aufgaben.136
13 Das Positronium.137
13.1 Das Spektrum und allgemeine Eigenschaften des Positroniums .137
13.2 Der Zerfall des Positroniums.140
Aufgabe.146
Inhaltsverzeichnis
XI
14 Strahlungskorrekturen.146
14.1 Strahlungskorrekturen zur Streuung am äußeren Potential.146
14.2 Die Lamb-Verschiebung.150
Teil
III
Die starke Wechselwirkung .153
15 Historischer Überblick.153
16 Phänomenologie von hadronischen Reaktionen.165
16.1 Resonanzphysik.167
16.2 Eine Basis
fúr
die Hadronzustände und die Symmetrien
C, P
und
Τ
.169
16.3 Die Partialwellen-Analyse.176
16.4 Die totalen Streuquerschnitte bei hohen Energien.182
16.5 Vielteilchen-Produktion bei hohen Energien .184
Aufgaben.189
17 Innere Symmetrien der starken Wechselwirkung und das Quarkmodell. . 191
17.1 Mathematik derSU(3)-Gruppe.191
17.2 Das Quarkmodell und die Flavor-SU(3)-Grappe.194
17.3 Die Gell-Mann-Okubo-Massenformel.202
17.4 Die SU(6)-Symmetrie.206
Aufgaben.209
18 Das naive
Parton-Modell
.210
18.1 Elektron-Positron-Vernichtung in Hadronen .211
18.2 Tief inelastische Lepton-Nukleon-Streuung.214
18.3 Die Flavor-Quantenzahlen der
Partonen
.222
18.4 Summenregeln und Evidenz für Flavor-neutrale
Partonen, Gluonen
.229
18.5 Der Drell-Yan-Prozeß .230
Aufgaben.233
19 Die Grundlagen der Quantenchromodynamik .234
19.1 Die Lagrange-Dichte der Quantenchromodynamik (QCD).234
19.2 Verletzungen der Bjorken-Skaleninvarianz in der tief inelastischen
Streuung.240
19.3 Die Berechnung anomaler Dimensionen in der QCD .244
19.4 Vergleich der Daten über tief inelastische Streuung mit der QCD.248
Aufgaben.253
XII Inhaltsverzeichnis
20
Jet-
und Quarkonium-Physik .254
20.1 Das naive Jet-Modell.254
20.2 Jets und QCD-Effekte in der Positron-Elektron-Annihilation in Hadronen . . . 260
20.3 Quarkonium.266
20.4 Jets in Hadron-Hadron-Kollisionen.272
Aufgaben.276
Teil
IV
Die elektroschwache Wechselwirkung.278
21 Vom (3-Zerfall zum W-Boson. Ein historischer Überblick .278
21.1 Frühzeit, Neutrinohypothese, Vier-Fermion-Kopplung.278
21.2 Die Paritätsverletzung und die (V-A)-Theorie.281
21.3 Die Universalität der schwachen Wechselwirkung und die Cabibbo-Theorie. . . 284
21.4 Die neutralen Ströme, die W- und Z-Bosonen und die Glashow-Weinberg-
Salam-Theorie.287
Aufgabe.289
22 Die Lagrange-Dichten der Quantenflavordynamik und
des Standardmodells.289
22.1 Die Eichgruppe der elektroschwachen Wechselwirkung .289
22.2 Das Higgs-Feld und die spontane Symmetriebrechung.297
22.3 Die Ausdehnung der Quantenflavordynamik auf mehr Fermionen und
die effektive Lagrange-Dichte bei niederen Energien.304
22.4 Die Massenmatrix und die Cabbibo-Winkel .310
22.5 Die J^agrange-Dichte des Standardmodells.317
Aufgaben.319
23 Zerfallsreaktionen im Standardmodell und die Bestimmung der
Quarkmischungen im geladenen Strom.320
23.1 Der Zerfall des Myons.320
23.2 Der Zerfall des
т
-Leptons
.322
23.3 Der ß-Zerfall des Neutrons und die Bestimmung des Kobyashi-Maskawa-
Matrixelements Vn.325
23.4 Hyperonenzerfalle und die Bestimmung von Vu.328
23.5 Die Zerfalle der geladenen
Pionen
.330
23.6 Die Zerfalle von Teilchen mit einem schweren Quark
с
oder
b
.332
Aufgaben.338
24 Der neutrale Strom und die Bestimmung von sin2 ¿Hv .340
24.1 Die Neutrino-Elektron-Streuung.340
24.2 Die Neutrino-Nukieon-Streuung .344
24.3 Effekte der schwachen Wechselwirkung in der Elektron-Positron-
Annihilation .348
Aufgaben.356
Inhaltsverzeichnis XIII
25 Physik der
Z-, W-
und Higgs-Bosonen.356
25.1 Das Z-Boson .356
25.2 Die W-Bosonen.363
25.3 Die Produktion von W- und Z-Bosonen in pp-Kollisionen.366
25.4 Der Spin der W-Bosonen .372
25.5 Das Higgs-Boson.376
Aufgaben .379
26 Das System der neutralen K-Mesonen und die CP-Verletzung.380
26.1 Phänomenologie der neutralen K-Mesonen.381
26.2 CP-Verletzung und CPT-Invarianz im Standardmodell.389
26.2.1 Die CP-Verletzung in der Lagrange-Dichte.389
26.2.2 Die CPT-Invarianz.393
26.2.3 Die CP-Verletzung im System der neutralen K-Mesonen nach dem
Standardmodell.394
Aufgaben.398
27 Ordnung und Unordnung in der Elementarteilchenphysik.399
27.1 Die große Vereinigung.402
27.2 Weitere Symmetrien bei mittleren Energien.405
27.3 Supersymmetrie.406
27.4 Ordnung aus dem Chaos .407
Anhänge
Anhang
A
: Rechenregeln für Dirac-Matrizen und Spinoren.408
Anhang B: Die Feynman-Regeln der QED .410
Anhang C: Die Gruppen SU(2) und SU(3).413
Anhang D: Die Feynman-Regeln der QCD .418
Anhang
E
: Die Berechnung anomaler Dimensionen und die Entwicklung der
Verteilungsfunktionen der
Nukleonén
in der QCD .421
Anhang F: Die Fierz-Transformation.426
Anhang G: Die Feynman-Regeln für das Standardmodell in der unitären Eichung . 428
Anhang H: Die Standardgestalt der Kobayashi-Maskawa-Matrix für drei Familien . 435
Anhang
I:
Die Wigner-Weisskopf-Näherung zur Beschreibung des Zerfalls instabüer
Teilchen und das K°-K°-System .437
1.1 Allgemeiner Formalismus.437
1.2 Anwendung auf das System der neutralen K-Mesonen .444
Anhang J: Die Lösungen ausgewählter Aufgaben.448
Literaturverzeichnis.461
Sachwortverzeichnis.473 |
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