Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik:
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| Language: | German |
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Weinheim
WILEY-VCH
2005
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| Series: | Lehrbuch Physik
|
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort XIII
1 Historische Anfänge 1
1.1 Aufgaben.................................... 4
2 Experimentelle Methoden 7
2.1 Beschleuniger.................................. 7
2.1.1 Gleichspannungsbeschleuniger..................... 7
2.1.2 Linearbeschleuniger.......................... 9
2.1.3 Kreisbeschleuniger........................... 11
2.2 Detektoren.................................... 16
2.2.1 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie.............. 17
2.2.2 Messung der Ionisation......................... 23
2.2.3 Positionsmessung............................ 25
2.2.4 Teilchenidentifizierung......................... 29
2.2.5 Zeitmessung .............................. 32
2.2.6 Energiemessung ............................ 34
2.2.7 Impulsmessung............................. 35
2.3 Aufgaben.................................... 39
3 Globale Eigenschaften von Kernen und
Nukleonén
43
3.1 Massen, Bindung................................ 43
3.2 Streuexperimente................................ 49
3.2.1 Die Methode.............................. 49
3.2.2 Streuung an einer harten Kugel..................... 51
3.2.3 Begriffe und Einheiten......................... 52
3.3 Quantenmechanik der Streuung......................... 55
3.3.1 Die Born sche Näherung........................ 58
3.3.2 Die Eikonal-Näherung......................... 58
3.3.3 Die Rutherford-Streuung........................ 59
3.4 Elastische Elektronenstreuung an Kernen ................... 61
3.4.1 Formfaktoren und Mott-Streuung................... 61
3.4.2 Ladungsverteilung von Kernen..................... 64
3.5 Streuung leichter Ionen an Kernen....................... 68
3.5.1 Das Kastenpotential .......................... 68
3.5.2 Materieverteilung............................ 69
ущ
Inhaltsverzeichnis
3.6 Elektromagnetische Momente......................... 72
3.6.1 Magnetische Momente......................... 72
3.6.2 Elektrische Quadrupolmomente.................... 76
3.7 Ladungsverteilung der
Nukleonén
....................... 79
3.8
Partonen.....................................
84
3.9 Partialwellenzerlegung............................. 86
3.9.1 Wirkungsquerschnitte der elastischen Streuung............ 86
3.9.2 Totaler Wirkungsquerschnitt...................... 88
3.10 rv-Zerfall..................................... 92
3.10.1 Gamow sches Modell der Potentialdurchtunnelung.......... 92
3.10.2 Spektroskopische Faktoren....................... 98
3.10.3 Protonen-Radioaktivität........................ 100
3.10.4 Cluster-Radioaktivität......................... 100
3.11 Halbklassische Beschreibung.......................... 101
3.12 Die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung.................... 104
3.12.1 Das Deuteron.............................. 104
3.12.2 Nukleon-Nukleon-Streuung...................... 110
3.12.3 Feld-theoretische Beschreibung der Wechselwirkungen........ 116
3.13 Aufgaben.................................... 123
4 Kernmodelle 127
4.1 Fermi-Gas-Modell ............................... 127
4.2 Tröpfchenmodell................................ 130
4.3 Das Schalenmodell............................... 137
4.3.1 Sphärische Potentiale.......................... 137
4.3.2 Spin-Bahn-Wechselwirkung...................... 143
4.3.3 Restwechselwirkung.......................... 146
4.4 Deformierte Kerne............................... 153
4.5 Das optische Modell .............................. 155
4.6 Einteilchen- Anregungen............................ 162
4.7 Kollektive Anregungen............................. 167
4.7.1 Vibrationen............................... 168
4.7.2 Rotierende Kerne............................ 170
4.7.3 Transurane und Spaltung........................ 177
4.8 Aufgaben.................................... 181
5 Ungebundene Systeme, Symmetrien 185
5.1 Resonanzen in Kernen ............................. 185
5.2 Riesenresonanzen................................ 191
5.3 Erhaltungsgrößen................................ 194
5.3.1 Raum-Zeitliche Verschiebungen.................... 197
5.3.2 Rotation................................. 198
5.3.3 Halbzahlige Spins ........................... 200
5.3.4 Die Parität ?.............................. 201
5.3.5 Die Zeitumkehr
T
........................... 203
5.3.6 Der Isospin............................... 207
Inhaltsverzeichnis
IX
5.4 Eigenschaften der Feldteilchen......................... 209
5.4.1 Die Entdeckung des
Pions
....................... 209
5.4.2 Spin des geladenen
Pions
....................... 211
5.4.3 Isospin der
Pionen
........................... 212
5.4.4 Spin und Parität des Photons...................... 214
5.4.5 Schwellenproduktionen......................... 215
5.5 Empirische Erhaltungssätze........................... 218
5.5.1 Ladungserhaltung............................ 218
5.5.2 Folgerungen aus der Existenz und aus dem/3-Zerfall des Neutrons . . 221
5.6 Das Tr-Nukleon-System............................. 222
5.6.1 Die TT-Nukleon-Wechselwirkung.................... 222
5.6.2 Nukleonenresonanzen......................... 225
5.7 Resonanzen im
ττ-π
-System
.......................... 229
5.7.1 Zweipionen-Systeme.......................... 229
5.7.2 Dreipionen-Systeme.......................... 231
5.8 Die
Strangeness
................................. 234
5.9 ^-Zerfälle und die C-Konjugation........................ 238
5.10 Aufgaben.................................... 241
6 Quarkonia und die starke Wechselwirkung 247
6.1 Multiplem leichter Quarks........................... 247
6.1.1 Anordnungen in Multipletts, Quarks.................. 247
6.1.2 Quarkmassen.............................. 255
6.1.3 Farbe.................................. 261
6.1.4 Quarklinien............................... 261
6.2 Schwere Quarks................................. 263
6.2.1 Die Entdeckung des
Charms
...................... 263
6.2.2 Die Entdeckungen des Bottom- und des Top-Quarks......... 267
6.3 QCD, Jets und Gluonen............................. 270
6.3.1 Quark-Quark-Potential......................... 270
6.3.2 Die laufende Kopplungskonstante................... 274
6.3.3 Das Saitenmodell............................ 277
6.3.4 Nichtresonante qq-Erzeugung..................... 279
6.3.5 Gluonenabstrahlung.......................... 282
6.3.6 Die Gluon-Gluon-Wechselwirkung .................. 285
6.4 Struktur der
Nukleonén
............................. 287
6.4.1 Skaleninvarianz............................. 287
6.4.2 Das Quark-Parton-Modell....................... 293
6.4.3 Neutrinostreuung............................ 296
6.4.4 Skalenbrechung und Impulsverteilung der Gluonen.......... 297
6.5 Eichinvarianz.................................. 299
6.5.1
Nicht-Abeľsche
Eichtransformationen................. 299
6.5.2 Spontane Brechung der globalen Symmetrie: Goldstone-Mode .... 303
6.5.3 Spontane Brechung der lokalen Symmetrie: Higgs-Mode....... 306
6.5.4 Higgs-Mechanismus und Isospin.................... 307
χ
Inhaltsverzeichnis
6.6 Chirale Störungstheorie............................. 308
6.6.1 Chiraler Grenzfall ........................... 308
6.6.2 Partiell erhaltener axialer Strom.................... 310
6.6.3 TTTT-Streuung.............................. 311
6.6.4 Offene Probleme............................ 313
6.7 Streuung von Hadronen bei hohen Energien.................. 316
6.8 Aufgaben.................................... 320
7 Die elektroschwache Wechselwirkung 325
7.1
Leptonén
.................................... 325
7.1.1 Eigenschaften geladener
Leptonén
................... 325
7.1.2 Die Neutrino-Hypothese........................ 330
7.2 Der nukleare
/З
-Zerfall,
Fermi s
Theorie.................... 332
7.3 Verletzung der Paritätserhaltung, Helizität der
Leptonén
............ 338
7.3.1 Das Wu-Experiment.......................... 339
7.3.2 Der Zerfall des
Л-Нурегопѕ
...................... 341
7.3.3 Die Helizität der
Leptonén
....................... 343
7.4 Die
V
-
A-
Wechselwirkung.......................... 345
7.5 Test der
V
- A-Theorie............................. 348
7.6 Der neutrale, schwache Strom ......................... 352
7.7 Die Feldbosonen der schwachen Wechselwirkung............... 354
7.8 Schwache Zerfalle von Teilchen mit
Strangeness
............... 358
7.9 Verallgemeinerung auf sechs Quarks...................... 359
7.10 Die Vereinheitlichung der elektrischen und der schwachen Wechselwirkung . 362
7.11 Oszillationen, CV-Verletzung.......................... 366
7.11.1 Das Zweizustandsproblem....................... 366
7.11.2 Die neutralen Kaonen ......................... 369
7.11.3 Oszillation und Regeneration...................... 371
7.11.4 Verletzung der CV- und der T-Invarianz................ 373
7.11.5 CP-Verletzung im
Standardmodell
................... 381
7.12 Neutrinos.................................... 386
7.12.1 Drei Leptonenfamilien......................... 387
7.12.2 Sonnenneutrinos............................ 389
7.12.3 Atmosphärische Neutrinos....................... 393
7.12.4 Neutrinooszillationen.......................... 395
7.13 Aufgaben.................................... 402
8 Kerne in exotischen Zuständen 407
8.1 Hyperkerne................................... 407
8.2 Mesonische Atome............................... 411
8.3 Schwerionenphysik bei mittleren Energien................... 414
8.3.1 Heiße Kerne .............................. 414
8.3.2 Weitere Thermometer ......................... 418
8.3.3 Thermalisierung ............................ 419
8.3.4 Die Zustandsgieichung......................... 423
Inhaltsverzeichnis
ХГ
8.4 Suche nach dem Quark-Gluon-Plasma..................... 425
8.5 Nukleares Brennen, Neutronensterne...................... 428
8.6 Aufgaben.................................... 433
Anhang
A
Fourier-Transformationen 437
В
Die Raum-Zeit 439
B.l Vierervektoren ................................. 439
B.2 Lorentz-Transformationen ........................... 440
B.3 Kovariante Formulierang der Elektrodynamik................. 441
С
Kinematik und Phasenraum 443
C.l Kinematik.................................... 443
C.2 Zweikörper-Kinematik............................. 446
C.3 Dreikörper-Kinematik.............................. 449
C.4 Methode der fehlenden Masse ......................... 455
C.5 Rapidität..................................... 455
D
Addition von Drehimpulsen 457
E Die
Dirac-Gleichung 459
E. 1 Wellengleichungen............................... 459
E.2 Lösungen der Dirac-Gleichung......................... 463
F
Matrixelemente aus Feynman-Graphen 465
F.l Regeln der QED................................. 465
F.2 Regeln der QCD ................................ 468
G
Generatoren für die Gruppe SU(3) 471
H
Quantenzahlen der Mesonen 475
Literaturverzeichnis 477
Index 489
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