Die Schwache Wechselwirkung in Kern-, Teilchen- Und Astrophysik: Eine Einführung

ISBN-13: 9783519030355 / Niemiecki / Miękka / 1989 / 458 str.

Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus; Klaus Grotz

Spis treści

N Notationen.- N.1 Natürliche Einheiten.- N.2 Relativistische Großen.- N.3 Operatoren und Matrizen.- N.4 Vektoren.- N.5 Symbole für mathematische Operationen.- N.6 Dirac-Matrizen.- N.7 Isospin.- N.8 Zur Bezeichnung von Teilchen, Teilchenzuständen und Teilchenoperatoren (Feldoperatoren).- 1 Elementarteilchen und Wechselwirkungen — Überblick.- 1.1 Die elementaren Bausteine der Materie.- 1.1.1 Leptonen und Quarks.- 1.1.2 Antiteilchen.- 1.2 Die elementaren Wechselwirkungen und die Feldquanten.- 1.2.1 Phänomenologie der Wechselwirkungen.- 1.2.2 Moderne Quantenfeldtheorien der elementaren Wechselwirkungen.- 1.3 Quantenzahlen und Erhaltungsgrößen in Kern- und Elementarteilchenphysik.- 1.3.1 Elektrische Ladung Q.- 1.3.2 Baryonenzahl B.- 1.3.3 Leptonenzahl L.- 1.3.4 Flavorquantenzahlen.- 1.3.5 Isospin $${\vec T}$$.- 1.3.6 Schwacher Isospin $${\vec T_\omega }$$.- 1.3.7 Parität.- 1.3.8 Ladungskonjugation C (Teilchen-Antiteilchen-Konjugation).- 1.3.9 CP-Konjugation.- 1.3.10 Das CPT-Theorem, Zeitumkehr.- 2 Klassische Theorie der schwachen Wechselwirkung, Kernbetazerfall.- 2.1 Phänomenologie des Kernbetazerfalls.- 2.1.1 Der Zerfall des freien Neutrons.- 2.1.2 Erlaubter Kernbetazerfall.- 2.1.3 Energiespektren und Zerfallsraten für erlaubte Übergänge.- 2.1.4 Verbotene Ubergänge.- 2.2 Vier-Fermionen-Punkt-Wechselwirkung.- 2.2.1 Relativistische Wechselwirkungsstrome.- 2.2.2 Fermi’s Ansät.- 2.2.3 Mögliche Lorentz-invariante Wechselwirkungsstrukturen.- 2.2.4 Paritätsverletzung und die V-A-Struktur der schwachen Wechselwirkung.- 2.2.5 Die universelle Strom-Strom-Wechselwirkung, CVC und PCAC.- 2.3 Formalismus des Kernbetazerfalls.- 2.3.1 Neutronzerfa U.- 2.3.2 ß-Zerfall des Atomkerns.- 2.3.3 Relationen zwischen ?-,?+-Zerfall, Elektron- und Neutrino- Einfang.- 2.4 Doppel-Betazerfall.- 2.4.1 Matrixelemente für den Doppel-Betazerfall.- 2.5 Grenzen der klassischen Theorie.- 2.5.1 Renormierung des Axialvektorstromes.- 2.5.2 Meson-Zerfälle.- 2.5.3 Hochenergieverhalten: Verletzung der Unitarität, Nicht-Renormierbarkeit.- 3 Kernstruktur und Betazerfall.- 3.1 Allgemeine Bedeutung.- 3.2 Betazerfall und kollektive Kernanregungen.- 3.2.1 GT-Zerfall und Ladungsaustauschreaktionen.- 3.3 Summenregeln für erlaubten Betazerfall.- 3.4 Kernmatrixelemente für den ß-Zerfall.- 3.4.1 Modell unabhängiger Teilchen.- 3.4.2 Das Paarungs-Modell.- 3.4.3 Die TDA-Methode.- 3.4.4 Die RPA-Methode.- 3.5 Quenching der Gamow-Teller-Stärke.- 3.6 Matrixelemente für den Doppel-Betazerfall.- 3.6.1 Matrixelemente für den 2vßß-Zerfall in speziellen Modellen.- 3.6.2 Matrixelemente für den 0vßß-Zerfall.- 4 Eichtheorien.- 4.1 Das Eichprinzip.- 4.1.1 Globale innere Symmetrien.- 4.1.2 Lokale (= Eich-)Symmetrien.- 4.2 SU(2), eine Vorstufe zur schwachen Wechselwirkung.- 4.2.1 SZ7(2)-Transformationen des Dubletts $$\left( {{}_e^\nu } \right)$$.- 4.2.2 Die W-Bosonen.- 4.2.3 Vergleich mit der Realität.- 4.3 Spontane Symmetriebrechung.- 4.3.1 Higgs-Felder.- 4.3.2 Das Higgs-Potential.- 4.3.3 W-Massen.- 5 Die Glashow-Weinberg-Salam Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung.- 5.1 Die Verkopplung von schwacher und elektromagnetischer Wechselwirkung.- 5.1.1 Die Notwendigkeit einer gemeinsamen Beschreibung.- 5.1.2 Elektroschwache Eichtransformationen.- 5.1.3 Die Eichfelder B? und $${\vec W_\mu }(x)$$.- 5.1.4 Spontane Brechung der SU (2) L$$ \otimes $$U-Symmetrie, Generierung der Bosonen- und Fermionen-Massen.- 5.1.5 Vergleich der GWS-Theorie mit der klassischen Strom-Strom-Theorie.- 5.2 Hadronischer schwacher Strom auf Quarkebene.- 5.2.1 Der geladene Quarkstrom $$q_\mu ^c$$.- 5.2.2 Neutrale Quarkströme.- 5.2.3 Zerfall des ?-Mesons, PCAC und CVC im Quarkbild.- 5.2.4 Schwache Zerfalle mit Strangeness, Cabibbo-Mischung.- 5.2.5 Der GIM-Mechanismus, c-Quark, Kobayashi-Maskawa-Matrix.- 5.3 Tests der GWS-Theorie.- 5.3.1 Neutrale Strome und der Weinberg-Winkel.- 5.3.2 Nachweis der W- und Z-Bosonen.- 5.4 Kernbetazerfall als schwache Wechselwirkung der Quarks.- 5.4.1 Quarkmodell der Nukleonen.- 5.4.2 Beta-Matrixelemente im Quarkmodell.- 6 Die schwache Wechselwirkung im Rahmen der Großen Vereinigungstheorien.- 6.1 Was versteht man unter einer großen Vereinigung?.- 6.1.1 Quantenchromodynamik.- 6.1.2 Grundprinzipien einer Großen Vereinigung.- 6.2 Die minimale Losung (Georgi-Glashow-Modell).- 6.2.1 SU(5)-Multipletts und -Transformationen.- 6.2.2 Brechung der SU(5)-Symmetrie.- 6.2.3 Protonzerfall.- 6.2.4 Grenzen des minimalen Modells.- 6.3 SO(10), die einfachste Erweiterung von SU(b).- 6.3.1 SO (lO)-Multipletts.- 6.3.2 Brechung der SO(10)-Symmetrie und intermediäre Symmetrien.- 6.4 Supersymmetrische GUT-Modelle.- 6.4.1 Was ist Supersymmetrie?.- 6.4.2 Das super symmetrische Teilchenspektrum.- 6.4.3 Proton-Zerfall in SUSY-GUT-Modellen.- 6.4.4 Das Massenhierarchie-Problem.- 6.4.5 Super-Gravitation.- 6.4.6 Superstrings.- 7 Neutrinos.- 7.1 Majorana- contra Dirac-Neutrinos.- 7.1.1 Beschreibung masseloser Neutrinos.- 7.1.2 Massive Neutrinos.- 7.2 Neutrinos innerhalb der GUT-Modelle.- 7.2.1 SU(5)-Neutrinos.- 7.2.2 SO(10)-Neutrinos.- 7.2.3 Ein Modell mit drei Neutrinofeldern je Familie.- 7.2.4 Neutrinos in Superstring-Modellen.- 7.3 Möglichkeiten experimenteller Prüfung der Natur der Neutrinos.- 7.3.1 Neutrino-Oszillationen.- 7.3.2 Einfluß der Neutrinomasse auf das Energiespektrum erlaubter Betaübergänge.- 7.3.3 Neutrinozerfall.- 7.3.4 Neutrinoloser Doppel-Betazerfall.- 7.3.5 Neutrinos aus Supernova-Explosionen.- 8 Schwache Wechselwirkung und Astrophysik.- 8.1 Der Kollaps schwerer Sterne und die schwache Wechselwirkung.- 8.1.1 Schwache Reaktionen im Core schwerer Sterne, Neutrino-Emission bei Supernova-Explosionen.- 8.1.2 Deleptonisierung, Gravitationskollaps und Supernova-Explosion.- 8.2 Die Synthese der schweren Elemente im Universum.- 8.2.1 Der r-Prozeß.- 8.2.2 Explosives Helium-Brennen.- 8.2.3 Kosmochronometer und das Alter des Universums.- 9 GUT und Kosmologie.- 9.1 Das kosmologische Standardmodell.- 9.2 Grenzen des Standardmodells.- 9.2.1 Die Krümmung des Weltalls.- 9.2.2 Das Horizontproblem.- 9.2.3 Magnetische Monopole.- 9.2.4 Baryonenasymmetrie, CP-Verletzung.- 9.3 Inflation.- 9.3.1 Lösung kosmologischer Probleme im inflationären Universum.- 9.4 Die kosmologische Konstante A.- 9.4.1 ‚Experimentelle‘ Einschränkungen für A.- 9.4.2 Das A-Problem.- 9.5 Neutrinos im Kosmos.- 9.5.1 Die Massendichte ?0.- 9.5.2 Kosmologische Einschränkungen für die Neutrino-Masse.- A Anhang.- A.1 Relativistisch invariante Bewegungsgleichungen der Quantenmechanik.- A.1.1 Die Klein-Gordon-Gleichung.- A.1.2 Die Dirac-Gleichung.- A.2 Zweite Quantisierung, Feldoperatoren.- A.2.1 Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren.- A.2.2 Quantenfelder.- A.3 Lagrange-Formalismus.- A.3.1 Lagrangedichte des Dirac-Feldes.- A.3.2 Lagrangedichte eines Elektrons mit elektromagnetischer Wechselwirkung, Feynman-Diagramme.- A.4 Diskrete Symmetrien eines Dirac-Feldes.- A.4.1 Paritätstransformation.- A.4.2 Ladungskonjugation (Teilchen-Antiteilchen-Konjugation).- A.4.3 Zeitumkehr.- A.4.4 Händige Dirac-Felder, Ladungskonjugation und CP-Konjugation.- A.5 Lie’sche Gruppen und kontinuierliche Symmetrietransformationen.- A.5.1 Definition einer Lie’schen Gruppe.- A.5.2 Darstellungen einer Gruppe.- A.5.4 Das Noether-Theorem.- A.5.5 Das Wigner-Eckart-Theorem.- L Literaturverzeichnis.- S Sachverzeichnis.