Hochenergiephysik

ISBN-13: 9783519430438 / Niemiecki / Miękka / 2005 / 313 str.

Erich Lohrmann

Opis

Es ist eine der wichtigsten und tiefsten Erkenntnisse der Physik, dass die Materie aus kleinsten un teilbaren Teilchen aufgebaut ist. Die Physik dieser Teilchen wird durch eine Theorie von groBer mathematischer Eleganz beschrieben, genannt, Standardmodell '. Es filhrt mit den Quarks eine elementare Schicht der Kernmaterie ein. Die Krafte werden durch die Forderung einer Symme trie unter Eichtransformationen eingefilhrt und in diesem Sinne erklfut, und in einer kombinier ten Beschreibung die tiefe Verwandschaft zwischen der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung aufgezeigt. Das Standardmodell beschreibt (nicht erklfut) weiterhin die ratsel hafte Verletzung der grundlegenden Symmetrien von Paritat und Ladungskonjugation. Auf einer einzigen DIN A4 Seite formuliert, gibt das Standardmodell eine urnfassende und genaue Be schreibung der subatomaren Phanomene - im Prinzip. Man konnte die Physik in diesem Sinne eine deduktive Wissenschaft nennen, mit der Einschrankung, dass mathematische Schwierigkei ten die, ab initio'Bearbeitung vieler interessanter Fragen (noch) verhindern. Dieses Buch mochte in diese Dinge einfilhren. Das erste Kapitel gibt eine Ubersicht und die folgenden eine Vertiefung der Themen. Seit der vierten Auftage wurde das Standardmodell zahlreichen, umfassenden und zum Teil sehr genauen Priifungen unterworfen, und es hat diese mit Glanz bestanden. AuBerdem wurden seit der letzten Auftage auch noch fehlende wichtige Bausteine in dem Gebaude entdeckt, wie z. B. das sechste, schwerste Quark mit der erstaunlich groBen Masse von uber 170 Ge V."

Spis treści

1 Übersicht und Einführung.- 1.1 Elementarteilchenphysik — Hochenergiephysik.- 1.1.1 Einführung und Einheiten.- 1.1.2 Bausteine der Materie und ihre Wechselwirkung.- 1.2 Beschleuniger und Speicherringe.- 1.2.1 Beschleuniger.- 1.2.2 Speicherringe.- 1.2.3 Strahloptik.- 1.2.4 Synchrotronstrahlung.- 1.3 Die elektromagnetische Wechselwirkung.- 1.4 Die starke Wechselwirkung.- 1.5 Die schwache Wechselwirkung.- 1.6 Überblick über die Teilchen.- 1.6.1 Leptonen.- 1.6.2 Hadronen.- 1.7 Erhaltungssätze und Symmetrien.- 1.7.1 Elektrische Ladung.- 1.7.2 Baryonzahl.- 1.7.3 Leptonzahl.- 1.7.4 Quarksorte.- 1.7.5 Parität.- 1.7.6 Ladungskonjugation.- 1.7.7 Isospin.- 1.7.8 Energie und Impuls.- 1.7.9 Drehimpuls.- 1.7.10 Zeitumkehr.- 1.7.11 CPT-Theorem.- 2 Die elektromagnetische Wechselwirkung.- 2.1 Dirac-Gleichung.- 2.1.1 Formulierung.- 2.1.2 Drehimpuls.- 2.1.3 Eichtransformation, elektromagnetisches Feld.- 2.1.4 Magnetisches Moment.- 2.1.5 Parität.- 2.1.6 Transformationsverhalten.- 2.2 Feynman-Diagramme.- 2.2.1 Formalismus.- 2.2.2 Elastische Streuung an einem festen Potenzial.- 2.2.3 Photon-Propagator, Feynman-Regeln.- 2.2.4 Berechnung von Wirkungsquerschnitten.- 2.3 Wechselwirkung von Photonen und Elektronen.- 2.3.1 Vorbemerkung.- 2.3.2 Elastische Streuung.- 2.3.3 Annihilation.- 2.3.4 Compton-Streuung.- 2.3.5 Bremsstrahlung.- 2.3.6 Paarerzeugung.- 2.3.7 Weizsäcker-Williams-Methode.- 2.3.8 ??-Kollisionen.- 2.4 Prüfung und Grenzen der Quantenelektrodynamik.- 2.4.1 Hochenergieverhalten.- 2.4.2 Prozesse höherer Ordnung.- 2.4.3 Grundsätzliche Probleme.- 3 Die starke Wechselwirkung.- 3.1 Das Quarkmodell.- 3.1.1 Einführung der Quarks.- 3.1.2 Quarkmodell der Mesonen.- 3.1.3 Die SU3-Symmetrie für u-, d-, s-Quarks.- 3.1.4 Quarkmodell der Baryonen.- 3.1.5 Farbe.- 3.1.6 Elektron-Positron-Annihilation im Quarkmodell.- 3.1.7 Quarkonium.- 3.1.8 Quantenchromodynamik.- 3.2 Pion-Nukleon-Wechselwirkung.- 3.2.1 Partialwellenformalismus.- 3.2.2 Optisches Theorem, Unitaritätsgrenzen.- 3.2.3 Resonanzen.- 3.2.4 Pion-Nukleon-Streuung.- 3.3 Phänomenologie der Hochenergieprozesse.- 3.3.1 Das optische Modell.- 3.3.2 Totale und elastische Wirkungsquerschnitte.- 3.3.3 Feynman-Skalenverhalten.- 4 Die schwache Wechselwirkung.- 4.1 Grundlagen.- 4.1.1 Übersicht.- 4.1.2 Paritätsverletzung.- 4.1.3 Helizität.- 4.1.4 Invarianz unter Zeitumkehr.- 4.2 Geladene Ströme.- 4.2.1 Das Matrixelement.- 4.2.2 Rein leptonische Reaktionen.- 4.2.3 Kern-?-Wechselwirkung.- 4.2.4 Doppelter Betazerfall.- 4.2.5 Pion-Zerfall.- 4.2.6 Der erhaltene Vektorstrom.- 4.2.7 Zerfall Seltsamer Teilchen.- 4.2.8 Zerfall von Charme-Teilchen.- 4.2.9 Zerfall von Bottom-Teilchen.- 4.3 Neutrale Ströme.- 4.3.1 Evidenz für neutrale Ströme.- 4.3.2 Die elektroschwache Wechselwirkung.- 4.3.3 Der Higgs-Mechanismus.- 4.4 Physik der W- und Z-Bosonen.- 4.5 Die K-M-Matrix.- 4.6 Das K0- $${\bar K^0}$$- System.- 4.6.1 Die Zustände K10 und K20.- 4.6.2 Regeneration.- 4.7 CP-Verletzung.- 4.7.1 CP-Verletzung im K-Zerfall.- 4.7.2 CP-Verletzung beim B-Zerfall.- 4.8 Neutrino-Oszillationen.- 4.8.1 Experimentelle Evidenz.- 4.8.2 Formale Beschreibung von Neutrino-Oszillationen.- 4.8.3 Ergebnisse.- 5 Lepton-Nukleon Streuung.- 5.1 Elastische Streuung.- 5.1.1 Einführung in die Elektron-Proton Streuung.- 5.1.2 Der Formfaktor des Protons und Neutrons.- 5.2 Unelastische Lepton-Proton-Streuung.- 5.2.1 Formale Beschreibung.- 5.2.2 Das naive Parton-Modell.- 5.2.3 Protonstruktur aus der Lepton-Proton-Streuung.- 5.3 Neutrino-Nukleon geladene-Strom Reaktionen.- 5.3.1 Die elastischen Neutrinoreaktionen.- 5.3.2 Unelastische Neutrinoreaktionen.- 5.3.3 Die Elektron-Proton geladene-Strom Reaktion.- 5.4 Neutrale Ströme bei der Neutrino-Streuung.- 6 Diesseits und jenseits des Standard-Modells.- A Anhang.- A.1 Formelsammlung zur speziellen Relativitätstheorie.- A.1.1 Die Lorentz-Transformationsgleichungen.- A.1.2 Vierervektoren.- A.1.3 Allgemeine Lorentz-Transformation.- A.1.4 Beispiele und Anwendungen.- A.3 Wichtige Konstanten.- Stichwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr. Erich Lohrmann, Universität Hamburg

Blurb

Es ist eine der wichtigsten und tiefsten Erkenntnisse der Physik, dass die Materie aus kleinsten unteilbaren Teilchen aufgebaut ist. Die Physik dieser Teilchen wird durch das Standardmodell, eine Theorie von großer mathematischer Eleganz, beschrieben.
Seit der vierten Auflage hat sich viel getan in der Hochenergiephysik. Eine Sensation war die Entdeckung der Neutrino-Oszillationen. Aber auch die Relevanz des Standardmodells für Fragen der Astrophysik und der Kosmologie wird immer deutlicher. Die 5. Auflage bietet die gewohnt fundierte Einführung in die Hochenergiephysik und berücksichtigt alle wichtigen Entwicklungen auf aktuellem Stand.