Elementarteilchenphysik - Desy

iv INHALTSVERZEICHNIS
3.5 Teilchenquellen und Vorbeschleuniger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.5.1 Kreisförmige und lineare Collider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.6 Kosmische Beschleuniger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.7 Einige Beschleunigeranlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4 Erhaltungssätze und Symmetrien 59
4.1 Symmetrieeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.1.1 Räumliche Translation und Impulserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2 Drehimpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2.1 Addition von Drehimpulsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.2.2 Spin-Statistik-Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.2.3 Spin 1/2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3 Isospin und Flavour-Symmetrien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.3.1 Interim: Entdeckung der Seltsamkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.3.2 Isospin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.3.3 Isospin und das π-N-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.4 Diskrete Symmetrien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.5 Parität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.5.1 Parität von Drehimpulszuständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.5.2 Parität von Fermionen und Antifermionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.5.3 Das elektromagnetische Feld und Photonen . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.5.4 Die Eigenparität des π − . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.5.5 Quarkmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.6 Paritätsverletzung in der schwachen Wechselwirkung . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.7 Ladungskonjugation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.7.1 C-Parität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.7.2 Experimentelle Tests der C-Invarianz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.7.3 Verletzung der C-Invarianz in schwacher Wechselwirkung . . . . . . . . . 87
4.7.4 G-Parität ∗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.8 CP -Eigenzustände und die neutralen K-Mesonen . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.8.1 CP -Eigenzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.8.2 Oszillationen der Seltsamkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.8.3 K 0 -Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.9 CP -Verletzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.10 Zeitumkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.11 Das CP T -Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.12 Zusammenfassung und Quantenzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5 Teilchennachweis und Detektoren 97
5.1 Wechselwirkung von Teilchen mit Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.1.1 Wechselwirkung schwerer geladener Teilchen: IONISATION . . . . . . . 97
Eigenschaften der Bethe–Bloch Formel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.1.2 Vielfachstreuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.1.3 Čerenkovstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.1.4 Energieverlust von Elektronen: Bremsstrahlung . . . . . . . . . . . . . . 103
5.1.5 Wechselwirkung von Photonen mit Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.1.6 Starke Wechselwirkung von Teilchen mit Materie . . . . . . . . . . . . . 107