Kern- und Teilchenphysik

• Titel: Kern- und Teilchenphysik
• Organisation: UNI HEIDELBERG
• Seitenzahl: 159

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Inhalt

• Physik V Kern und Teilchenphysik
• Version vom September
• Einfache Kernmodelle Trpfchenmodell o Fermigasmodell Schalenmodell Elektromagnetische Wechselwirkung
• in der Hochenergiephysik gebruchlichen Einheia
• Dies ist die Poissonverteilung Die Fluktuation Standardabweichung ist
• t x y z
• GeV Elab m GeV
• pp pp Au Au
• E E p p E E m
•  Kollisionen und Wirkungsquerschnitt
• Kollisionen und Wirkungsquerschnitt
• Target Flche A a
• Fermis Goldene Regel und Phasenraum
• Zeit p e e q q
• Zeit e e e e e e
• Abbildung Prozesse hherer Ordnung bei der ElektronProtonStreuung o
• Abbildung Aufbau eines TandemvandeGraaBeschleunigers
• m c vn c Ekin m c
• m c c nqV m c
• Abbildung Aufbau eines Zyklotronsa und eines Betatronsb
• Abbildung Historische Entwicklung im Beschleunigerbau
•  Wechselwirkung von Strahlung und Materie
• Protonen und schwere Teilchen
• dx e eE v vb e vb
• ze e ze vb vb
• ne z e bEdb me v
• Abbildung Schematisiertes Energiespektrum der Bremsstrahlung
• ZZ ln Z A NA gcm NA x
• Abbildung Absorptionskoezient fr Strahlung in Blei u
• Gasgefllte Ionisationsdetektoren u
• Kathode R rA Anodendraht
• Auslsezhler GeigerMllerZhler o a u a
•  Detektoren zur Spurvisualisierung
• RS Radiator RS
• Detektoren zur Spurvisualisierung
•  Charakterisierung von Elementarteilchen
• Klassikation nach Wechselwirkungen
•  Klassikation nach Wechselwirkungen
• Reichweite x das Photon ist masselos
• p W e p W e e
• gs m r exp r hc
• W Z GeV m s
•  Charakterisierung von Elementarteilchen e e
• Zerflle und Resonanzzustnde a a
• Die Intensitt ist dann wie erwartet a
• i ER E h h
• Hadronen und Quarkmodell
• Intermezzo Entdeckung der schweren Quarks
•  Charakterisierung von Elementarteilchen S
• K ds K us
•  Hadronen und Quarkmodell S
• uds uds uus
• kann analog hierzu verfahren werden
• Nachweis der drei Farben
• Abbildung Zur Bestimmung der Anzahl der Farben
•  Struktur von Atomen Nukleonen und Leptonen
• Geladene punktfrmige Streupartner o RutherfordStreuung
• Ep ze q Ze E p
• mzZe f q q a h
• Streuung relativistischer Spin Teilchen
• cos sin sin cos
• Streuung von Elektronen an ausgedehnter Ladungsverteilung
• d d R F q dq dq
• V re h qx d x i
• Damit ist der Wirkungsquerschnitt
• e h qx rd x i
• F q wobei r
• qr qr rr dr
• u fr verschiedene Werte von a
• f r verschiedene Werte von b u
• scharfe Kante F q
• sinqR qR cosqR qR
• F q F q q
• Ladungsverteilung von Atomkernen
• Abbildung Dierentieller Wirkungsquerschnitt fr ElektronKern Streuung u
• Rrms r A
• r dr Rk Rk
• p E p P Eh P
• Abbildung Inelastische ElektronProtonStreuung
• Insgesamt muss natrlich die Energie erhalten sein u
• E M E Eh
• E E Eh M
• q W M M
• q verboten inelastisch M W elastisch
• Skaleninvarianz und Partonen
• Parton Modell Feynman
• f ur Spin Teilchen
• f ur Spin Teilchen F f ur Spin
•  Skaleninvarianz und Partonen
• Seequarks q q
• Abbildung Streuung des Photons an einem Seequark
• e xfa x e xfa x a a
•  Symmetrien und Erhaltungsstze a
• Ladungserhaltung und Eichinvarianz
•  Ladungserhaltung und Eichinvarianz
• e h pxEt e h px
• i p e A h x
• Cl e e Ar
• A Z A Z Y e
• Isospin fr Hadronen und Atomkerne u
• ECl mn mp Z
• Fr Z und A u
•  Isospin f r Hadronen und Atomkerne u
•  Multiplikative Erhaltungsstze a
• p n n Lf Lf
•  Paritt a L S
• CPVerletzung und CPT
• m F c N h
•  NukleonNukleonWechselwirkung N S N S attraktiv
• niedrige nEnergie hohe nEnergie
• hhere nEnergie o nStreuwinkel im cms
• nStreuwinkel im cms
• ekr r kr kr k ekr r
• Abbildung Ungefhrer Verlauf des NNPotentials a
• Ring Endkappe elektrische Feldlinien
• Z N Z
• Linie hchster Stabilitt o a
• pF Ed p pF d p
• p F MeV m
• WoodsSaxonPotential harmonischer Oszillator Kastenpotential
• h l j l h l j
• p f h h d g g
• Elm Elm Hlm wobei
• die sphrische Hankelfunktion und a
• jl krYlmL M
• Qlm Qlm Mlm
• ik cl cl
• r l Ylm Md x
• r l Ylm f i d x
•  RrYJM Mit der Nherung a Rr ergibt sich
•  Elektromagnetische Wechselwirkung log w
• Kurze Wiederholung Anregungen von atomigen Moleklen u
• r Abbildung Energienieveaus eines atomigen Molekls u
• Abbildung Prolate und oblate Form eines Rotationsellipsoids
• Abbildung Energieniveaus des
• Er ist RR und somit irrot starr
•  Kernspaltung und Fusion
• U n U Sr e n s
• Regelstbe a Moderator Brennelemente Abschirmung
• statt Danach gibt es zwei Mglichkeiten o
• Be e Li H Be
• Li e Be He He
• B Be e
• Cl e Ar e
• Ar e Cl e
• Gebiet der Stabilitt a ndripline
• p E Te F ZTe dpe e
• Al e GF Mg dV
• Schwache Strme o
•  Schwache Strme o
• Abbildung a elektromagnetische und b schwache Wechselwirkung d
• Abbildung Erzeugung von W Bosonen in pKollisionen p
• b t c s u d c
• Jw Jlept Jhadr
• Der leptonische Strom ist von der Form
• V A cV cA
•  A Ubersicht Teilchen
• Masse keV eV MeV MeV MeV MeV
• Lebensdauer s s
• Teilchen d u s c b t
• Masse MeV MeV MeV GeV GeV GeV
• Wechselwirkung elektromagnetisch schwach schwach stark Gravitation
• Quarkgehalt d u ud
• u s s u d s sd
• u s u s u s u s

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