Full Description
Die dritte Auflage dieses bewährten Lehrbuchs bietet in seiner gründlichen Überarbeitung und mit zahlreichen Ergänzungen eine konzise Übersicht über die Physik der Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen. Die Autoren - beide Wissenschaftler mit langjähriger und umfassender Forschungs- und Lehrerfahrung an renommierten Einrichtungen - stellen in einzigartiger Weise den Kanon der Elementarteilchenphysik gleichzeitig verständlich und übersichtlich zusammen. Das Lehrbuch dient der effizienten Prüfungsvorbereitung, ist aber auch zum Nachschlagen für Diplom- und Doktorarbeiten geeignet, dies nicht zuletzt dank des umfangreichen Tabellenanhangs.
Contents
I Einleitung 1
1 Historische Entwicklung 2
2 Qualitativer U berblick 8
2.1 Leptonen, 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
B Permutationssymmetrie 28
3.6 Fermionen und Bosonen 28
C Diskrete Symmetrietransformationen 30
3.7 Raumliche 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 SU(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 Hohere Eichsymmetrien 60
6 Experimentelle Methoden der Elementarteilchenphysik 70
6.1 Beschleuniger 71
6.2 Detektoren 78
Literatur 93
III Die elektromagnetischeWechselwirkung 95
7 Geladene Leptonen 98
7.1 Das Elektron 98
7.2 Elektronenspin 99
7.3 Positronen 99
7.4 Myonen 100
8 Beispiele fur elektromagnetischeWechselwirkung 102
8.1 Elastische Streuung 102
8.2 Annihilation 104
8.3 Unelastische Prozesse 106
9 Prufung der Quantenelektrodynamik 108
9.1 Prazisionsmessungen bei niedrigen Energien 108
9.2 Strahlungskorrekturen, Renormierung 114
9.3 Test bei hohen Energien 117
9.4 Invarianz gegenuber C, P und T 118
10 Elektromagnetische Formfaktoren 120
10.1 Formfaktoren fur 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 totaleWirkungsquerschnitt der Reaktionen e+e- → Hadronen 143
12.3 Die Quantenzahl „Farbe"147
12.4 Die neuen Teilchen 148
Literatur 162
IV Die schwacheWechselwirkung 163
13 Charakteristische Eigenschaften 167
13.1 U bersicht uber die Prozesse der schwachenWechselwirkung 167
13.2 Der β-Zerfall 169
13.3 Nachweis der Neutrinos 173
13.4 Nichterhaltung der Paritat 176
14 Phanomenologische Beschreibung 185
14.1 Die V-A-Form der schwachenWechselwirkung 185
14.2 Der Zerfall des Myons 187
14.3 Die Zerfalle Pion → Lepton + Neutrino 188
14.4 Strom-Strom-Kopplung und der erhaltene Vektorstrom 190
14.5 Zerfalle der seltsamen Teilchen und die Universalitat 192
15 Die K0-Zerfalle 194
15.1 Erzeugung und Zerfalle 194
15.2 Regeneration 196
15.3 Oszillation der Intensitaten 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 Strome 210
17 Versagen der bisherigen Theorie bei hohen Energien 214
17.1 Grenzen der Strom-Strom-Kopplung 214
17.2 Die intermediaren Vektorbosonen 214
18 Vereinheitlichte elektromagnetische und schwacheWechselwirkung 218
18.1 Spontane Symmetriebrechung 219
18.2 Spontane Symmetriebrechung bei Eichtheorien (Higgs-Mechanismus) 224
18.3 Die SU(2) x U(1)-Eichtheorie der elektroschwachenWechselwirkung 225
18.4 Einbeziehung der Hadronen 230
18.5 Experimentelle Prufung der GSW-Theorie 232
18.6 CP-Verletzung in B-Zerfallen 238
18.7 Neutrino-Oszillationen 244
Literatur 261
V Die starkeWechselwirkung 263
19 Charakteristische Eigenschaften 268
19.1 Wechselwirkung zwischen Nukleonen 268
19.2 Die π-Mesonen 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 Hohere Resonanzen 289
22 Hadronische Prozesse bei hohen Energien 291
23 Das Quarkmodell der Hadronen 293
23.1 Ordnung durch Symmetrie: Die Multipletts von SU(3) 293
23.2 Die Hadronen im Quarkmodell 296
23.3 Massenrelationen, magnetische Momente 300
23.4 Quarks - eine neue Substruktur 304
24 Eichtheorie der starkenWechselwirkung 307
24.1 Die Grundvorstellungen der Quantenchromodynamik 307
24.2 Asymptotische Freiheit 310
24.3 Farbeinschlus 315
24.4 Modelle: Bag und String 318
24.5 Eichtheorie auf dem Gitter 320
24.6 Quarkonium 324
24.7 Experimentelle Prufung der QCD 327
Literatur 335
VI Ausblick 337
25 Die grose Vereinigung 337
25.1 VereinigteWechselwirkungen 337
25.2 Das SU(5)-Modell 340
25.3 Die Lebensdauer des Protons 343
25.4 Die Entwicklungsphasen des fruhen Universums 344
25.5 Die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie 346
25.6 Schlusbemerkungen 347
Literatur 348
Literaturverzeichnis 349
VII Tabellen-Anhang 355
Index 517
