Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen: [eine Übersicht]
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Weinheim
Wiley-VCH
2006
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
I
Einleitung........................................ 1
1 Historische Entwicklung.............................. 2
2 Qualitativer Überblick ............................... 8
2.1
Leptonén,
Mesonen, Baryonen........................ 8
2.2 Grundbegriffe................................. 12
Literatur....................................... 15
II
Grundlagen....................................... 17
3 Symmetrien als Ordnungsprinzip.......................... 17
A
Kontinuierliche raum-zeitliche Symmetrien.................... 19
3.1 Symmetrie in der klassischen Mechanik................... 19
3.2 Symmetrie in der Quantenmechanik ..................... 20
3.3 Relativistische Invarianz............................ 22
3.4 Quantenzahlen................................. 25
3.5 Der Spin.................................... 26
В
Permutationssymmetrie............................... 28
3.6 Fermionen und Bosonen............................ 28
С
Diskrete Symmetrietransformationen........................ 30
3.7 Räumliche Spiegelung............................. 30
3.8 Zeitliche Spiegelung (Bewegungsumkehr).................. 32
3.9 Teilchen-Antiteilchen-Konjugation...................... 35
3.10 Das CPT-Theorem.............................. 37
D
Innere Symmetrien................................. 39
3.11 Phasentransformation und Ladungserhaltung................. 39
3.12 Der Isospin, SU(2).............................. 41
3.13 Die
unitare
Symmetrie SI/(3)......................... 44
4 Wechselwirkungen durch Felder.......................... 48
4.1 Teilchenaustausch............................... 48
4.2
Yukawa-Potential
............................... 49
4.3 Virtuelle Teilchen............................... 50
5 Eichsymmetrien als dynamisches Prinzip ..................... 52
5.1 Die Eichsymmetrie U{1) in der Quantenmechanik.............. 53
5.2 Das Prinzip der Eichsymmetrie........................ 55
5.3 Höhere Eichsymmetrien............................ 60
6 Experimentelle Methoden der Elementarteilchenphysik.............. 70
6.1 Beschleuniger................................. 71
6.2 Detektoren................................... 78
Literatur....................................... 93
Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen. Klaus Bethge und Ulrich E. Schröder
Copyright © 2006
WILEY-
VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
ISBN: 3-527-40587-9
VI
Inhaltsverzeichnis
HI Die
elektromagnetische Wechselwirkung........................95
7 Geladene
Leptonén
.................................98
7.1 Das Elektron..................................98
7.2 Elektronenspin.................................99
7.3 Positronen...................................99
7.4 Myonen....................................100
8 Beispiele für elektromagnetische Wechselwirkung.................102
8.1 Elastische Streuung..............................102
8.2 Annihilation..................................104
8.3 Unelastische Prozesse.............................106
9 Prüfung der Quantenelektrodynamik........................108
9.1 Präzisionsmessungen bei niedrigen Energien.................108
9.2 Strahlungskorrekturen, Renormierung ....................114
9.3 Test bei hohen Energien............................117
9.4 Invarianz gegenüber
C, P
und
Γ
.......................118
10 Elektromagnetische Formfaktoren.........................120
10.1 Formfaktoren für Proton und Neutron.....................120
10.2 Interpretation .................................123
11 Unelastische Lepton-Nukleon-Streuung......................124
11.1 Unelastische Formfaktoren..........................125
11.2 Skalenverhalten................................129
11.3
Partonen
....................................131
11.4 Quark-Partonen................................134
11.5 Myon-Kern-Streuung.............................137
12 Elektron-Positron-Vernichtung bei hohen Energien................139
12.1 Die leichteren Vektormesonen......................... 140
12.2 Der totale Wirkungsquerschnitt der Reaktionen e+e —»· Hadronen..... 143
12.3 Die Quantenzahl „Farbe ........................... 147
12.4 Die neuen Teilchen.............................. 148
Literatur....................................... 162
IV
Die schwache Wechselwirkung.............................163
13 Charakteristische Eigenschaften..........................167
13.1 Übersicht über die Prozesse der schwachen Wechselwirkung ........ 167
13.2 Der/i-Zerfall ................................. 169
13.3 Nachweis der Neutrinos............................ 173
13.4 Nichterhaltung der Parität........................... 176
1
4 Phänomenologische Beschreibung......................... 185
14.1 Die V-A-Form der schwachen Wechselwirkung ............... 185
14.2 Der Zerfall des Myons............................. 187
14.3 Die Zerfälle
Pion
->■
Lepton
+ Neutrino ................... 188
14.4 Strom-Strom-Kopplung und der erhaltene Vektorstrom............ 190
14.5 Zerfälle der seltsamen Teilchen und die Universalität ............ 192
15 Die
A °-Zerfälle
................................... 194
15.1 Erzeugung und Zerfälle............................ 194
Inhaltsverzeichnis
VII
15.2 Regeneration..................................196
15.3 Oszillation der Intensitäten..........................198
15.4 CP-Verletzung................................199
16 Neutrinophysik...................................201
16.1 Neutrinostrahlen und Detektoren.......................201
16.2 Elastische Neutrinostreuung..........................203
16.3 Unelastische Neutrinostreuung........................206
16.4 Neutrale Ströme................................210
17 Versagen der bisherigen Theorie bei hohen Energien................214
17.1 Grenzen der Strom-Strom-Kopplung.....................214
17.2 Die intermediären Vektorbosonen.......................214
18 Vereinheitlichte elektromagnetische und schwache Wechselwirkung.......218
18.1 Spontane Symmetriebrechung.........................219
18.2 Spontane Symmetriebrechung bei Eichtheorien (Higgs-Mechanismus) . . .224
18.3 Die SU(2)
χ
[/(lj-Eichtheorieder elektroschwachen Wechselwirkung . . . 225
18.4 Einbeziehung der Hadronen..........................230
18.5 Experimentelle Prüfung der GSW-Theorie..................232
18.6 CP-Verletzung in B-Zerfällen........................238
18.7 Neutrino-Oszillationen ............................244
Literatur.......................................261
V
Die starke Wechselwirkung...............................263
19 Charakteristische Eigenschaften..........................268
19.1 Wechselwirkung zwischen
Nukleonén
....................268
19.2 Die
тг-Меѕопеп
................................269
19.3 Der Nukleonenspin..............................274
20 Die seltsamen Teilchen
(Strangeness)
.......................276
20.1 Kaonen.....................................276
20.2 Hyperonen...................................279
21 Resonanzen.....................................281
21.1 Baryonische Resonanzen...........................282
21.2 Mesonische Resonanzen............................284
21.3 Höhere Resonanzen..............................289
22 Hadronische Prozesse bei hohen Energien.....................291
23 Das Quarkmodell der Hadronen ..........................293
23.1 Ordnung durch Symmetrie: Die Multipletts von SU
{Ά)
...........293
23.2 Die Hadronen im Quarkmodell........................296
23.3 Massenrelationen, magnetische Momente ..................300
23.4 Quarks - eine neue Substruktur........................304
24 Eichtheorie der starken Wechselwirkung......................307
24.1 Die Grundvorstellungen der Quantenchromodynamik............307
24.2 Asymptotische Freiheit............................310
24.3 Farbeinschluß.................................315
24.4 Modelle:
Bag
und
String
...........................318
24.5 Eichtheorie auf dem Gitter ..........................320
ΥΠΙ
Inhaltsverzeichnis
24.6 Quarkonium..................................324
24.7 Experimentelle Prüfung der QCD.......................327
Literatur.......................................335
VI
Ausblick.........................................337
25 Die große Vereinigung ...............................337
25.1 Vereinigte Wechselwirkungen.........................337
25.2 Das
.SC^-Modell
..............................340
25.3 Die Lebensdauer des Protons.........................343
25.4 Die Entwicklungsphasen des frühen Universums...............344
25.5 Die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie.............346
25.6 Schlußbemerkungen..............................347
Literatur.......................................348
Literaturverzeichnis...................................349
VII
Tubellen-Anhang....................................355
Index ....
Γ
.....................................517
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
I
Einleitung. 1
1 Historische Entwicklung. 2
2 Qualitativer Überblick . 8
2.1
Leptonén,
Mesonen, Baryonen. 8
2.2 Grundbegriffe. 12
Literatur. 15
II
Grundlagen. 17
3 Symmetrien als Ordnungsprinzip. 17
A
Kontinuierliche raum-zeitliche Symmetrien. 19
3.1 Symmetrie in der klassischen Mechanik. 19
3.2 Symmetrie in der Quantenmechanik . 20
3.3 Relativistische Invarianz. 22
3.4 Quantenzahlen. 25
3.5 Der Spin. 26
В
Permutationssymmetrie. 28
3.6 Fermionen und Bosonen. 28
С
Diskrete Symmetrietransformationen. 30
3.7 Räumliche Spiegelung. 30
3.8 Zeitliche Spiegelung (Bewegungsumkehr). 32
3.9 Teilchen-Antiteilchen-Konjugation. 35
3.10 Das CPT-Theorem. 37
D
Innere Symmetrien. 39
3.11 Phasentransformation und Ladungserhaltung. 39
3.12 Der Isospin, SU(2). 41
3.13 Die
unitare
Symmetrie SI/(3). 44
4 Wechselwirkungen durch Felder. 48
4.1 Teilchenaustausch. 48
4.2
Yukawa-Potential
. 49
4.3 Virtuelle Teilchen. 50
5 Eichsymmetrien als dynamisches Prinzip . 52
5.1 Die Eichsymmetrie U{1) in der Quantenmechanik. 53
5.2 Das Prinzip der Eichsymmetrie. 55
5.3 Höhere Eichsymmetrien. 60
6 Experimentelle Methoden der Elementarteilchenphysik. 70
6.1 Beschleuniger. 71
6.2 Detektoren. 78
Literatur. 93
Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen. Klaus Bethge und Ulrich E. Schröder
Copyright © 2006
WILEY-
VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
ISBN: 3-527-40587-9
VI
Inhaltsverzeichnis
HI Die
elektromagnetische Wechselwirkung.95
7 Geladene
Leptonén
.98
7.1 Das Elektron.98
7.2 Elektronenspin.99
7.3 Positronen.99
7.4 Myonen.100
8 Beispiele für elektromagnetische Wechselwirkung.102
8.1 Elastische Streuung.102
8.2 Annihilation.104
8.3 Unelastische Prozesse.106
9 Prüfung der Quantenelektrodynamik.108
9.1 Präzisionsmessungen bei niedrigen Energien.108
9.2 Strahlungskorrekturen, Renormierung .114
9.3 Test bei hohen Energien.117
9.4 Invarianz gegenüber
C, P
und
Γ
.118
10 Elektromagnetische Formfaktoren.120
10.1 Formfaktoren für Proton und Neutron.120
10.2 Interpretation .123
11 Unelastische Lepton-Nukleon-Streuung.124
11.1 Unelastische Formfaktoren.125
11.2 Skalenverhalten.129
11.3
Partonen
.131
11.4 Quark-Partonen.134
11.5 Myon-Kern-Streuung.137
12 Elektron-Positron-Vernichtung bei hohen Energien.139
12.1 Die leichteren Vektormesonen. 140
12.2 Der totale Wirkungsquerschnitt der Reaktionen e+e" —»· Hadronen. 143
12.3 Die Quantenzahl „Farbe". 147
12.4 Die neuen Teilchen. 148
Literatur. 162
IV
Die schwache Wechselwirkung.163
13 Charakteristische Eigenschaften.167
13.1 Übersicht über die Prozesse der schwachen Wechselwirkung . 167
13.2 Der/i-Zerfall . 169
13.3 Nachweis der Neutrinos. 173
13.4 Nichterhaltung der Parität. 176
1
4 Phänomenologische Beschreibung. 185
14.1 Die V-A-Form der schwachen Wechselwirkung . 185
14.2 Der Zerfall des Myons. 187
14.3 Die Zerfälle
Pion
->■
Lepton
+ Neutrino . 188
14.4 Strom-Strom-Kopplung und der erhaltene Vektorstrom. 190
14.5 Zerfälle der seltsamen Teilchen und die Universalität . 192
15 Die
A"°-Zerfälle
. 194
15.1 Erzeugung und Zerfälle. 194
Inhaltsverzeichnis
VII
15.2 Regeneration.196
15.3 Oszillation der Intensitäten.198
15.4 CP-Verletzung.199
16 Neutrinophysik.201
16.1 Neutrinostrahlen und Detektoren.201
16.2 Elastische Neutrinostreuung.203
16.3 Unelastische Neutrinostreuung.206
16.4 Neutrale Ströme.210
17 Versagen der bisherigen Theorie bei hohen Energien.214
17.1 Grenzen der Strom-Strom-Kopplung.214
17.2 Die intermediären Vektorbosonen.214
18 Vereinheitlichte elektromagnetische und schwache Wechselwirkung.218
18.1 Spontane Symmetriebrechung.219
18.2 Spontane Symmetriebrechung bei Eichtheorien (Higgs-Mechanismus) . . .224
18.3 Die SU(2)
χ
[/(lj-Eichtheorieder elektroschwachen Wechselwirkung . . . 225
18.4 Einbeziehung der Hadronen.230
18.5 Experimentelle Prüfung der GSW-Theorie.232
18.6 CP-Verletzung in B-Zerfällen.238
18.7 Neutrino-Oszillationen .244
Literatur.261
V
Die starke Wechselwirkung.263
19 Charakteristische Eigenschaften.268
19.1 Wechselwirkung zwischen
Nukleonén
.268
19.2 Die
тг-Меѕопеп
.269
19.3 Der Nukleonenspin.274
20 Die seltsamen Teilchen
(Strangeness)
.276
20.1 Kaonen.276
20.2 Hyperonen.279
21 Resonanzen.281
21.1 Baryonische Resonanzen.282
21.2 Mesonische Resonanzen.284
21.3 Höhere Resonanzen.289
22 Hadronische Prozesse bei hohen Energien.291
23 Das Quarkmodell der Hadronen .293
23.1 Ordnung durch Symmetrie: Die Multipletts von SU
{Ά)
.293
23.2 Die Hadronen im Quarkmodell.296
23.3 Massenrelationen, magnetische Momente .300
23.4 Quarks - eine neue Substruktur.304
24 Eichtheorie der starken Wechselwirkung.307
24.1 Die Grundvorstellungen der Quantenchromodynamik.307
24.2 Asymptotische Freiheit.310
24.3 Farbeinschluß.315
24.4 Modelle:
Bag
und
String
.318
24.5 Eichtheorie auf dem Gitter .320
ΥΠΙ
Inhaltsverzeichnis
24.6 Quarkonium.324
24.7 Experimentelle Prüfung der QCD.327
Literatur.335
VI
Ausblick.337
25 Die große Vereinigung .337
25.1 Vereinigte Wechselwirkungen.337
25.2 Das
.SC^-Modell
.340
25.3 Die Lebensdauer des Protons.343
25.4 Die Entwicklungsphasen des frühen Universums.344
25.5 Die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie.346
25.6 Schlußbemerkungen.347
Literatur.348
Literaturverzeichnis.349
VII
Tubellen-Anhang.355
Index .
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