Kapitel 1 - Abteilung Prof. Schumacher
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Experimentalphysik VI<br />
Kern- und Teilchenphysik<br />
<strong>Prof</strong>. Markus <strong>Schumacher</strong><br />
ALU Freiburg, Sommersemsester 2010<br />
<strong>Kapitel</strong> 1: Einleitung und Grundbegriffe
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Gegenstand von Kern- und Teilchenphysik<br />
„up“ „up“ „down“<br />
Atom-, Molekül-,Festkörperphysik,Chemie<br />
Struktur durch elektromagnetische Kraft<br />
Kernphysik<br />
Zusätzlich: starke Kernkraft<br />
Teilchenphysik:<br />
schwache Kraft<br />
zusätzlich: starke Kraft<br />
M. <strong>Schumacher</strong> Kern- und Teilchenphysik – <strong>Kapitel</strong>1: Einleitung und Grundbegriffe Freiburg SoSe 2010
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Historische Meilensteine der Anfänge der Kernphysik<br />
M. <strong>Schumacher</strong> Kern- und Teilchenphysik – <strong>Kapitel</strong>1: Einleitung und Grundbegriffe Freiburg SoSe 2010
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Nuklidkarte<br />
Eigenschaften der Kerne: Masse, Größe, Spin …, Stabilität<br />
Ordnungsprinzip der Grundzustände - und angeregten Zustände<br />
Struktur der starken Kernkraft<br />
M. <strong>Schumacher</strong> Kern- und Teilchenphysik – <strong>Kapitel</strong>1: Einleitung und Grundbegriffe Freiburg SoSe 2010
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Geschichte der Teilchenentdeckungen<br />
M. <strong>Schumacher</strong> Kern- und Teilchenphysik – <strong>Kapitel</strong>1: Einleitung und Grundbegriffe Freiburg SoSe 2010<br />
n t
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Elementare Bausteine der Materie<br />
Fermionen (Spin = 1/2) in drei Generationen/Familien<br />
Warum drei Familien mit diesen Eigenschaften?<br />
Woher kommen die Massen, warum so unterschiedlich?<br />
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Gegenstand von Kern- und Teilchenphysik<br />
z.B. Elektromagnetismus:<br />
zwei Elektronen tauschen<br />
ständig Photonen aus.<br />
Stärke hängt von Ladung der<br />
Materieteilchen (hier e)<br />
Kräfte = Austausch von Botenteilchen (Spin=1)<br />
u. Masse des Boten (hier 0) ab<br />
e<br />
Feynman-Graph<br />
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e
Stärke 1/10000<br />
x el-mag. Kraft<br />
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Die vier fundamentalen Wechselwirkungen<br />
m g = 0 (Photon) m g = 0 (Gluon)<br />
M W/Z = 80(91) x m p<br />
?<br />
n<br />
p n<br />
n pn<br />
pn<br />
p p n np<br />
p<br />
p<br />
p p<br />
n<br />
Beschreibung der Wechselwirkungen<br />
beruht auf abstrakten Symmetrien<br />
Quantenfeldtheorie<br />
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Einheitliche Theorie: Vereinigung der Kräfte und Weltformel?<br />
M. <strong>Schumacher</strong> Kern- und Teilchenphysik – <strong>Kapitel</strong>1: Einleitung und Grundbegriffe Freiburg SoSe 2010
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Zusammenhang mit Kosmologie<br />
Heisses Universum hat sich ausgedehnt.<br />
Frühes Universum: hohe Temperatur/Energie neuartige Phänomene<br />
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Einheitliche Theorie: Energiehaushalt Verienigng des der Universums<br />
Theprie und Weltformel<br />
100%<br />
80%<br />
60%<br />
40%<br />
20%<br />
0%<br />
Neutrinos<br />
Unbekannte Form<br />
von dunkler Energie<br />
Unbekannte Form<br />
von dunkler Materie<br />
Protonen/Neutronen<br />
in Sternen, Staub etc.<br />
11
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Experimentelle Methoden<br />
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Forschungslabors der Teilchenphysik (Beispiele)<br />
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Beschleuniger z.B, Large Hadron Collider LHC<br />
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Detektoren: Beispiel ATLAS am LHC bei CERN<br />
M. <strong>Schumacher</strong> Kern- und Teilchenphysik – <strong>Kapitel</strong>1: Einleitung und Grundbegriffe Freiburg SoSe 2010
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Totaler und differentieller Wirkungsquerschnitt<br />
Interpretation als geometrischer Wirkungsquerschnitt aus B. Povh et al.<br />
Skizze zum differentiellen Wirkungsquerschnitt aus B. Povh et al.<br />
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Geometrische Verhältnisse bei elastischer Streuung<br />
Zur Herleitung des Zusammenhangs zwischen<br />
Stossparameter b und Streuwinkel q<br />
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