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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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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
Geschichtlicher Abriss 1896 Radioaktivität Elektron
1908: Helium Atome sind a-Teilchen die ihre positive Ladung verloren haben
1932: künstliche Kernspaltung E = mc2
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
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
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)
Drehimpulserhaltung, Kraftstoss wobei Merke:
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
1.2. Born'sche Näherung Nur geringe Streuung – Approximation der gestreuten durch die einfallende Welle
Vergleich zur Optik Streulänge "Wirkungsquerschnitt"
Quanteneffekte bei Ununterscheidbarkeit der Teilchen Bromley Kuehner und Almqvist, Phys. Rev. 123, 878 (1961)
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
1.3. Formfaktoren der Kerne Was passiert, wenn der Streuer eine innere Struktur hat? Matrixelement wird:
Das ist eine Faltung des Potentials mit der Dichte Oder in Bornscher Näherung Ist der Formfaktor