Elementarteilchenphysik: von den Grundlagen zu den modernen Experimenten ; mit 51 Tabellen und 88 Übungen mit Lösungshinweisen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2002
|
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | X, 484 S. Ill., graph. Darst. |
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VII
INHALTSVERZEICHNIS
1
UEBERBLICK
UND
HILFSMITTEL
1.1
STRUKTUREN
DER
MATERIE
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3
1.1.1
TEILCHEN
UND
KRAEFTE
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3
1.1.2
ABSTANDSSKALEN
UND
ENERGIESKALEN
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6
1.1.3
INTERMEZZO:
SCHREIBWEISE
UND
MASSSYSTEME
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14
1.2
DIE
ELEMENTARTEILCHEN
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17
1.2.1
ANTIMATERIE
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18
1.2.2
LEPTONEN
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20
1.2.3
HADRONEN
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26
1.2.4
QUARKS
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32
1.2.5
FELDER
UND
WECHSELWIRKUNGEN
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37
1.2.6
WAS
IST
EIN
ELEMENTARTEILCHEN?
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42
1.3
WIRKUNGSQUERSCHNITTE
UND
ZERFALLSRATEN
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43
1.3.1
DER
WIRKUNGSQUERSCHNITT
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43
1.3.2
ZERFALLSRATEN
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46
1.4
TEILCHENBESCHLEUNIGER
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48
1.4.1
LINEARBESCHLEUNIGER
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48
1.4.2
DAS
ZYKLOTRON
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51
1.4.3
DAS
SYNCHROTRON
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52
A)
PRINZIP
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52
B)
FOKUSSIERUNG
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55
C)
MAGNETE
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61
1.4.4
SPEICHERRINGE
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62
1.5
DETEKTOREN
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64
1.5.1
DETEKTOREN
AN
COLLIDERN
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64
A)
SPURENKAMMERN
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69
B)
KALORIMETER
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70
1.5.2
BLASENKAMMER
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73
2
DIE
STREUMATRIX
UND
IHRE
SYMMETRIEN
2.1
DIE
STREUMATRIX
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77
2.1.1
WIRKUNGSQUERSCHNITTE
UND
STREUAMPLITUDE
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78
2.1.2
ZERFALLSRATEN
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83
2.1.3
SYMMETRIEN
DER
S-MATRIX
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85
2.1.4
ANHANG
UEBER
DIE
YY
-FUNKTION
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88
2.2
DREHUNGEN
IN
DREI
DIMENSIONEN
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89
2.2.1
DREHUNGEN
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89
2.2.2
DIE
DREHGRUPPE
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91
2.2.3
DARSTELLUNGEN
DER
DREHGRUPPE
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92
2.2.4
DREHGRUPPE
UND
HALBZAHLIGE
SPINS
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97
2.2.5
PRODUKTE
VON
DARSTELLUNGEN
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99
2.3
DREHUNGEN
UND
VERSCHIEBUNGEN
IN
VIER
DIMENSIONEN
.
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102
2.3.1
LORENTZ-TRANSFORMATIONEN
.
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102
2.3.2
DIE
POINCARE-GRUPPE
.
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103
2.3.3
DARSTELLUNGEN
DER
POINCARE-GRUPPE
.
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105
2.4
ANWENDUNGEN
.
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107
2.4.1
KINEMATIK
DER
ZWEI-KOERPER-REAKTIONEN
.
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107
2.4.2
ZWEI-KOERPER-ZERFAELLE
.
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109
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
2.4.3
PARTIALWELLENENTWICKLUNG
DER
STREUAMPLITUDE
.
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112
2.4.4
RESONANZEN
IN
FORMATIONSEXPERIMENTEN
.
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113
2.4.5
PION-RESONANZEN
.
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120
2.4.6
DER
SPIN
DES
PHOTONS
.
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121
2.4.7
DER
SPIN
DES
NEUTRALEN
PIONS
.
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122
2.5
SPIEGELUNGEN
UND
PARITAETSINVARIANZ
.
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124
2.5.1
DIE
PARITAETSTRANSFORMATION
.
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124
2.5.2
DIE
PARITAET
DES
PHOTONS,
DES
YY
-MESONS
UND
DER
PIONEN
.
.
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.
128
2.5.3
SPIN
UND
PARITAET
DES
K-MESONS
.
.
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130
2.5.4
PARITAETSVERLETZUNG
IN
DER
SCHWACHEN
WECHSELWIRKUNG
.
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131
2.6
DIE
ZEITUMKEHR
.
.
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.
134
2.6.1
ZEITUMKEHR
UND
DAS
PRINZIP
DES
DETAILLIERTEN
GLEICHGEWICHTS
.
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.
.
134
2.6.2
INVARIANZ
DER
WECHSELWIRKUNGEN
UNTER
ZEITSPIEGELUNGEN
.
.
136
2.7
INNERE
SYMMETRIEN
I
.
.
.
.
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.
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138
2.7.1
GLOBALE
PHASENTRANSFORMATIONEN
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
138
2.7.2
DIE
TEILCHEN-ANTITEILCHEN-KONJUGATION
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
140
2.7.3
LANG-
UND
KURZLEBIGE
NEUTRALE
K-MESONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
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143
2.7.4
CP-VERLETZUNG
IM
K
L
-ZERFALL
.
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.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
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148
2.8
INNERE
SYMMETRIEN
II,
ISOSPIN
UND
SU2
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
156
2.8.1
DIE
FORM
DER
SU2-MATRIZEN
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
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.
.
156
2.8.2
DARSTELLUNGEN
.
.
.
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158
2.8.3
ANTITEILCHEN
IN
DER
SU2
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
159
2.8.4
DIE
ISOINVARIANZ
DER
KERNKRAFT
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
161
2.8.5
ISOSPIN
UND
QUARKS
.
.
.
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.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
162
2.8.6
REGULAERE
DARSTELLUNG
UND
G-PARITAET
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
163
2.8.7
ISOSPIN
UND
K-ZERFAELLE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
164
3
ELEMENTARE
QUANTENELEKTRODYNAMIK
3.1
DIRAC-GLEICHUNG
UND
FEYNMAN-REGELN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
169
3.1.1
DIE
DIRAC-GLEICHUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
169
3.1.2
LOESUNGEN
DER
FREIEN
DIRAC-GLEICHUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
173
3.1.3
FEYNMAN-REGELN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
183
3.1.4
DIE
RENORMIERUNG
UND
DIE
LAUFENDE
KOPPLUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
185
3.2
BASIS-REAKTIONEN
DER
QED
.
.
.
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.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
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192
3.2.1
E
YY
E
+
-VERNICHTUNG
IN
µ
YY
µ
+
-PAARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
192
3.2.2
DIE
ELEKTRON-MYON-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
196
3.2.3
BHABHA-
UND
MOELLER-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
201
3.2.4
ANWENDUNGEN
DER
STREUFORMELN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
204
A)
ENERGIEVERLUST
GELADENER
TEILCHEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
204
B)
DER
MITTLERE
WINKEL
DER
VIELFACHSTREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
206
3.2.5
DIE
COMPTON-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
208
3.3
PROZESSE
HOEHERER
ORDNUNG
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
.
.
.
.
.
.
215
3.3.1
DIE
BREMSSTRAHLUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
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.
.
.
.
.
215
A)
DIE
WEIZSAECKER-WILLIAMS-METHODE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
216
B)
DER
WIRKUNGSQUERSCHNITT
DER
BREMSSTRAHLUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
218
C)
ENERGIEVERLUST
DURCH
BREMSSTRAHLUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
221
3.3.2
STRAHLUNGSKORREKTUREN
ZUR
MOTT-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
222
4
HADRONEN
IN
DER
QUANTENCHROMODYNAMIK
4.1
QUARKS
MIT
FARBE
.
.
.
.
.
.
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.
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.
.
230
4.1.1
DAS
STATISTIK-PROBLEM
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
230
4.1.2
DIE
GRUPPE
SU3
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
231
4.1.3
MESONEN
ALS
Q
¯
Q-ZUSTAENDE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
235
4.1.4
BARYONEN
ALS
QQQ-ZUSTAENDE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
236
INHALTSVERZEICHNIS
IX
4.2
FARBDYNAMIK
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
240
4.2.1
GLUONEN
UND
DAS
POTENTIAL
DER
QCD
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
240
4.2.2
DIE
LAUFENDE
KOPPLUNGSKONSTANTE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
246
4.3
DER
AUFBAU
DER
HADRONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
249
4.3.1
DIE
WERTE
VON
SPIN
UND
PARITAET
IM
QUARKMODELL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
250
4.3.2
HADRONEN
AUS
U-
UND
D-QUARKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
252
4.3.3
DIE
MASSEN
DER
QUARKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
257
4.3.4
HADRONEN
AUS
U-,
D-
UND
S-QUARKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
258
4.4
DIE
CHROMODYNAMISCHE
HYPERFEINSTRUKTUR
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
267
4.4.1
DIE
AUFSPALTUNG
FUER
HADRONEN
AUS
U-
UND
D-QUARKS
.
.
.
.
.
.
267
4.4.2
HYPERFEINSTRUKTUR
UND
,,SELTSAME"
QUARKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
269
4.5
ELEKTROMAGNETISCHE
UND
STARKE
ZERFAELLE
VON
HADRONEN
.
.
.
.
.
.
.
270
4.5.1
RADIATIVE
ZERFAELLE
DER
VEKTORMESONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
270
4.5.2
ZERFAELLE
DER
VEKTORMESONEN
IN
LEPTONENPAARE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
273
4.5.3
RADIATIVE
ZERFAELLE
DER
PSEUDOSKALAREN
MESONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
277
4.5.4
ZERFAELLE
IN
HADRONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
279
4.6
NEUE
SCHWERE
QUARKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
282
4.6.1
DAS
VEKTORMESON
J
/YY(
1S
)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
282
4.6.2
DIE
YY
-MESONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
285
4.6.3
QUARKONIUM,
C
¯
C
UND
B
¯
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
286
4.6.4
HADRONEN
MIT
CHARM
UND
BOTTOM
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
292
5
ELEKTRONEN
UND
QUARKS
5.1
ELEKTRON-POSITRON-ANNIHILATION
IN
HADRONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
297
5.1.1
DER
WIRKUNGSQUERSCHNITT
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
297
5.1.2
QCD-KORREKTUREN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
300
5.1.3
DER
ENDZUSTAND
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
304
5.2
DIE
ELASTISCHE
ELEKTRON-NUKLEON-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
309
5.2.1
DER
WIRKUNGSQUERSCHNITT
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
310
5.2.2
EXPERIMENTE
ZUR
ELASTISCHEN
ELEKTRONENSTREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
312
5.2.3
DAS
E
YY
-SYSTEM
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
314
5.3
INELASTISCHE
ELEKTRON-NUKLEON-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
316
5.3.1
DER
WIRKUNGSQUERSCHNITT
IM
QUARKMODELL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
316
5.3.2
ALLGEMEINE
FORM
DES
WIRKUNGSQUERSCHNITTS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
319
5.3.3
MODELLE
UND
ERGEBNISSE
FUER
F
EN
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
323
5.3.4
QCD-KORREKTUREN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
327
5.3.5
DER
ENDZUSTAND
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
334
5.4
ZWEI-PHOTONEN-PHYSIK
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
336
5.4.1
RESONANZERZEUGUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
337
5.4.2
DIE
STRUKTURFUNKTION
DES
PHOTONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
340
6
VON
DER
SCHWACHEN
ZUR
ELEKTROSCHWACHEN
WECHSELWIRKUNG
6.1
SCHWACHE
WECHSELWIRKUNG
VON
LEPTONEN
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
347
6.1.1
QUASIELASTISCHE
YY
µ
E
YY
-STREUUNG
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
347
6.1.2
DER
ZERFALL
DES
MYONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
351
6.2
SCHWACHE
WECHSELWIRKUNG
VON
QUARKS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
354
6.2.1
DER
CABIBBO-WINKEL
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
354
6.2.2
DER
YY
-ZERFALL
DES
NEUTRONS
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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356
6.2.3
DER
ZERFALL
YY
YY
µYY
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360
6.2.4
ZERFAELLE
VON
K-,
D-
UND
B-MESONEN
.
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361
6.2.5
DER
ZERFALL
DES
TOP-QUARKS
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365
6.2.6
INELASTISCHE
NEUTRINO-NUKLEON-STREUUNG
.
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365
6.3
DIE
ELEKTROSCHWACHE
WECHSELWIRKUNG
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370
6.3.1
DIE
ENTDECKUNG
DER
NEUTRALEN
STROEME
.
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370
X
INHALTSVERZEICHNIS
6.3.2
ELEKTROSCHWACHE
WECHSELWIRKUNG
DER
LEPTONEN
.
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372
6.3.3
ELEKTROSCHWACHE
WECHSELWIRKUNG
VON
QUARKS
.
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377
7
DAS
STANDARD-MODELL
7.1
DIE
NEUTRINO-ELEKTRON-STREUUNG
.
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383
7.2
DIE
E
YY
E
+
-VERNICHTUNG
IN
FERMION-ANTIFERMION-PAARE
.
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387
7.2.1
DIE
BORNSCHE
NAEHERUNG
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387
7.2.2
STRAHLUNGSKORREKTUREN
.
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392
7.3
DIE
ELEKTRON-PROTON-STREUUNG
BEI
BERUECKSICHTIGUNG
DES
Z
0
-AUSTAUSCHES
.
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394
7.4
DIE
ERZEUGUNG
DES
W-BOSONS
IN
QUARK-ANTIQUARK-STOESSEN
.
.
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.
396
7.5
DIE
PRODUKTION
DES
TOP-QUARKS
IN
HADRON-HADRON-STOESSEN
.
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399
7.6
INTERMEZZO:
DIE
HADRON-HADRON-STREUUNG
.
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401
7.7
HIGGS-BOSONEN
.
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406
7.8
CP-VERLETZUNG
IM
STANDARD-MODELL
.
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415
7.8.1
DIE
CKM-MATRIX
.
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415
7.8.2
CP-VERLETZUNG
UND
B-QUARKS
.
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419
7.9
NEUTRINOMASSEN
UND
NEUTRINO-OSZILLATIONEN
.
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423
7.10
JENSEITS
DES
STANDARD-MODELLS
.
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434
7.10.1
MAJORANA-NEUTRINOS
.
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434
7.10.2
DAS
PARAMETER-PROBLEM
.
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440
7.10.3
DIE
GROSSE
VEREINHEITLICHUNG
.
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442
7.10.4
HIERARCHIE
UND
FEINABSTIMMUNG
.
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448
7.10.5
DIE
SUPERSYMMETRISCHE
ERWEITERUNG
DES
STANDARD-MODELLS
450
LOESUNGSHINWEISE
ZU
DEN
UEBUNGSAUFGABEN
.
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.
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459
LITERATUR
.
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.
473
SACHVERZEICHNIS
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