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C. Amsler: Kern- und Teilchenphysik, vdf 2007

Kern- und Teilchenphysik WS09/10 Christof Aegerter. Vorlesung: Dienstag 10.15-11.45 Übungen: Peter Keim, Nathan Isert, und Torsten Pietsch Montag 12-14 Uhr, 14-16 Uhr M631, P712, P812 Kontakt: Christof.aegerter@uni-konstanz.de; P1021

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C. Amsler: Kern- und Teilchenphysik, vdf 2007

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Presentation Transcript

  1. Kern- und Teilchenphysik WS09/10 Christof Aegerter Vorlesung: Dienstag 10.15-11.45 Übungen: Peter Keim, Nathan Isert, und Torsten Pietsch Montag 12-14 Uhr, 14-16 Uhr M631, P712, P812 Kontakt: Christof.aegerter@uni-konstanz.de; P1021 http://www.physik.uzh.ch/groups/aegerter/teaching/nuclearphysics.html Literatur: H. Frauenfelder, E.M. Henley: Teilchen und Kerne, Oldenbourg 1999 C. Amsler: Kern- und Teilchenphysik, vdf 2007 T. Mayer-Kuckuk: Kernphysik, Teubner 1994

  2. Geschichtlicher Abriss 1896 Radioaktivität Elektron

  3. 1899: Drei Arten von Strahlung

  4. 1902: Radioaktivität ist Kernumwandlung

  5. 1908: Helium Atome sind a-Teilchen die ihre positive Ladung verloren haben

  6. 1911: Entdeckung des Kerns

  7. 1919: Künstliche Kernumwandlung

  8. 1921: a-p Streuung – starke Wechselwirkung

  9. 1928: Erklärung der a-Strahlung als Tunneleffekt

  10. 1930: Neutrino wird postuliert

  11. 1932: Entdeckung des Neutrons

  12. 1932: Entdeckung des Positrons

  13. 1932: künstliche Kernspaltung E = mc2

  14. 1933: Erklärung des b-Zerfalls

  15. 1935: Teilchenaustausch zur Kraftübertragung

  16. 1936: Entdeckung des Müons

  17. 1936: Kernumwandlungen Transurane

  18. 1938: Spaltung schwerer Kerne

  19. 1942: Kernreaktor

  20. 1945: Atombombe

  21. 1946: Entdeckung des Pions

  22. 1948: C-14 Datierung

  23. 1955: Entdeckung des Antiprotons

  24. 1956: Nachweis des Neutrinos

  25. 1957: Paritätsverletzung

  26. 1958: Mössbauereffekt

  27. 1960er: Kernstruktur/ Partonen

  28. 1963: CP-Verletzung

  29. 1970er: Standardmodell

  30. 1983: Vektor-Bosonen der schwachen Wechselwirkung

  31. 1992: Nur drei Neutrinos/Familien

  32. 2000: Neutrino-oszillationen

  33. Was wir behandeln werden

  34. Inhaltsverzeichnis: • 0. Geschichtlicher Abriss • Streumethoden / Kerneigenschaften • 1.1. Rutherfordstreuung • 1.2. Born'sche Näherung • 1.3. Formfaktoren der Kerne • 2. Durchgang von Strahlung durch Materie / Detektoren • 2.1. Bremsvermögen/Bethe-Bloch • 2.2. Compton-Streuung • 2.3. Paarbildung • 2.4. Szintillationszähler • 2.5. Cerenkov-Zähler • 3. Bindungsenergien / Bethe-Weizsäcker Formel • 3.1. Fermi-Gas Modell • 3.2. Tröpfchenmodell und Massenformel • 3.3. Schalenmodell • 3.4. Isospin und starke Wechselwirkung

  35. 4. Kernzerfälle 4.1. Aktivitäten und Datierungsmethoden 4.2. a-Zerfall nach Gamov 4.3. Kernspaltung 4.4. Elektromagnetische Übergänge/ g-Zerfall 4.5. b-Zerfall nach Fermi 4.6. Paritätsverletzung 5. Neutrinos 5.1. Helizität 5.2. Neutrinomasse 5.3. Neutrino-Oszillationen 6. Grundzüge der Elementarteilchenphysik/Standardmodell 6.1. Leptonen und Quarks 6.2. Mesonen und Baryonen 6.3. Wechselwirkungen 6.4. Jenseits des Standardmodells

  36. Wichtige Experimente 1. Die Entdeckung des Kerns (Rutherford) 2. Elektron-Proton Streuung – Struktur der Nukleonen (Hofstadter) 3. Nebelkammer / Endeckung des Positrons (Wilson/Anderson) 4. Entdeckung des Neutrons (Chadwick) 5. Spaltung eines leichten Kerns (Cockroft/Walton) 6. Spaltung eines schweren Kerns (Hahn/Strassmann) 7. g-Faktor des Elektrons (g-2) 8. Mösbauereffekt 9. Paritätsverletzung im b-Zerfall (Wu/Frauenfelder) 10. p-m Zerfallskette und Paritätsverletzung (Garwin/Ledermann) 11. Entdeckung des Neutrinos (Cowan/Reines) 12. Helizität der Neutrinos (Goldhaber) 13. Neutrino-oszillationen (SNO/Kamiokande) 14. CP-Verletzung bei Kaonen (Cronin/Fitch)

  37. 1.1. Rutherford Streuung

  38. Drehimpulserhaltung, Kraftstoss wobei Merke:

  39. Quantenmechanische Herleitung

  40. Also ist der Wirkungsquerschnitt

  41. In der Quantenmechanik ist die Wellenfunktion (also die Streulänge) gegeben durch die Operation der Wechselwirkung auf die anfängliche Wellenfunktion: Für Übergänge besser bekannt als Fermi's goldene Regel

  42. 1.2. Born'sche Näherung Nur geringe Streuung – Approximation der gestreuten durch die einfallende Welle

  43. Vergleich zur Optik Streulänge "Wirkungsquerschnitt"

  44. Rutherfordstreuung à la QM

  45. Quanteneffekte bei Ununterscheidbarkeit der Teilchen Bromley Kuehner und Almqvist, Phys. Rev. 123, 878 (1961)

  46. Elektronen-Streuung zur Kernuntersuchung braucht hochrelativistische Elektronen Ausserdem hat das Elektron einen Spin, der mit dem induzierten Feld des Kerns wechselwirkt. Impliziert Unterdrückung der Rückstreuung

  47. 1.3. Formfaktoren der Kerne Was passiert, wenn der Streuer eine innere Struktur hat? Matrixelement wird:

  48. Das ist eine Faltung des Potentials mit der Dichte Oder in Bornscher Näherung Ist der Formfaktor

  49. Bei kleinem q (bzw. Winkeln) Guinier-Gesetz in der Optik

  50. Formfaktor einer Kugel

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