Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik E-Book

Hartmut Machner

• Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 648

Beschreibung

Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik

Integrierte Darstellung von Kern- und Elementarteilchenphysik – mit neuen Erkenntnissen zur elektroschwachen Wechselwirkung, zum Higgs-Boson und zu Quark-Gluon-Plasmen

Kern- und Elementarteilchenphysik wird an deutschen Universitäten im zweiten oder dritten Studienjahr im Rahmen der Kursvorlesung Experimentalphysik oder als Wahlpflichtfach angeboten. Inhaltlich im Mittelpunkt stehen die Eigenschaften und Wechselwirkungen der Bestandteile von Atomkernen wie Neutronen und Protonen und den noch kleineren Elementarteilchen wie Quarks und anderen Teilchen, die im sogenannten Standardmodell zusammengefasst sind.

Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik beschreibt die Grundlagen der Kern- und Elementarteilchenphysik einheitlich, da viele Phänomene und Methoden in beiden Bereichen eine wichtige Rolle spielen. Der Inhalt umfasst alle wichtigen Themengebiete, von den theoretischen und konzeptionellen Grundlagen bis hin zu experimentellen Methoden dieser Disziplin.

Mit 169 anspruchsvollen Aufgaben zur Lösung im Selbststudium oder unter Anleitung im Übungsbetrieb eignet sich das Lehrbuch für Studierende zur Prüfungsvorbereitung ebenso wie zur Vorbereitung auf Forschungsarbeiten dank zahlreicher Verweise auf Originalliteratur und die Entwicklungen an den neuesten Beschleunigern.

Leseprobe

Cover

Titelblatt

Urheberrechte

Vorwort

1 Historische Anfänge

1.1 Aufgaben

2 Globale Eigenschaften von Kernen und Nukleonen

2.1 Massen, Bindung

2.2 Streuexperimente

2.2.1 Die Methode

2.2.2 Streuung an einer harten Kugel

2.2.3 Begriffe und Einheiten

2.3 Quantenmechanik der Streuung

2.3.1 Die Born’sche Näherung

2.3.2 Die Eikonal-Näherung

2.3.3 Die Rutherford-Streuung

2.4 Elastische Elektronenstreuung an Kernen

2.4.1 Formfaktoren und Mott-Streuung

2.4.2 Ladungsverteilung von Kernen

2.5 Streuung leichter Ionen an Kernen

2.5.1 Das Kastenpotential

2.5.2 Materieverteilung

2.6 Elektromagnetische Momente

2.6.1 Magnetische Momente

2.6.2 Elektrische Quadrupolmomente

2.7 Ladungsverteilung der Nukleonen

2.8 Partonen

2.9 Partialwellenzerlegung

2.9.1 Wirkungsquerschnitte der elastischen Streuung

2.9.2 Totaler Wirkungsquerschnitt

2.10 α-Zerfall

2.10.1 Gamow’sches Modell der Potentialdurchtunnelung

2.10.2 Spektroskopische Faktoren

2.10.3 Protonen-Radioaktivität

2.10.4 Cluster-Radioaktivität

2.11 Halbklassische Beschreibung

2.12 Die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung

2.12.1 Das Deuteron

2.12.1.1 Einfache Beschreibung

2.12.1.2 Einfluss des Spins

2.12.1.3 Momente und Tensorkraft

2.12.2 Nukleon-Nukleon-Streuung

2.12.2.1 Das LS-Potential

2.12.2.2 Streuung bei kleinen Energien

2.12.3 Feld-theoretische Beschreibung der Wechselwirkungen

2.12.3.1 Das Bosonen-Austauschpotential

2.13 Aufgaben

3 Kernmodelle

3.1 Fermi-Gas-Modell

3.2 Tröpfchenmodell

3.3 Das Schalenmodell

3.3.1 Sphärische Potentiale

3.3.2 Spin-Bahn-Wechselwirkung

3.3.3 Restwechselwirkung

3.3.3.1 Die Paarwechselwirkung

3.3.3.2 Besetzungszahlen

3.4 Deformierte Kerne

3.5 Das optische Modell

3.6 Einteilchen-Anregungen

3.7 Kollektive Anregungen

3.7.1 Vibrationen

3.7.2 Rotierende Kerne

3.7.3 Transurane und Spaltung

3.8 Aufgaben

4 Ungebundene Systeme, Symmetrien

4.1 Resonanzen in Kernen

4.2 Riesenresonanzen

4.3 Erhaltungsgrößen

4.3.1 Raum-Zeitliche Verschiebungen

4.3.2 Rotation

4.3.3 Halbzahlige Spins

4.3.4 Die Parität 𝒫

4.3.5 Die Zeitumkehr 𝒯

4.3.6 Der Isospin

4.4 Eigenschaften der Feldteilchen

4.4.1 Die Entdeckung des Pions

4.4.2 Spin und Parität der Pionen

4.4.3 Isospin der Pionen

4.4.4 Spin und Parität des Photons

4.4.5 Schwellenproduktionen

4.5 Empirische Erhaltungssätze

4.5.1 Ladungserhaltung

4.5.2 Folgerungen aus der Existenz und aus dem β-Zerfall des Neutrons

4.6 Das π-Nukleon-System

4.6.1 Die π-Nukleon-Wechselwirkung

4.6.2 Nukleonenresonanzen

4.7 Resonanzen im π − π-System

4.7.1 Zweipionen-Systeme

4.7.2 Dreipionen-Systeme

4.8 Die Strangeness

4.9 η-Zerfälle und die 𝓒-Konjugation

4.10 Aufgaben

5 Quarkonia und die starke Wechselwirkung

5.1 Multipletts leichter Quarks

5.1.1 Anordnungen in Multipletts, Quarks

5.1.2 Quarkmassen

5.1.2.1 Hyperfeinwechselwirkung

5.1.2.2 Coulomb-Effekte

5.1.2.3 Magnetische Momente

5.1.3 Farbe

5.1.4 Quarklinien

5.2 Schwere Quarks

5.2.1 Die Entdeckung des Charms

5.2.2 Die Entdeckungen des Bottom- und des Top-Quarks

5.3 QCD, Jets und Gluonen

5.3.1 Quark-Quark-Potential

5.3.2 Die laufende Kopplungskonstante

5.3.3 Das Saitenmodell

5.3.4 Nichtresonante q⁢q¯-Erzeugung

5.3.5 Gluonenabstrahlung

5.3.6 Die Gluon-Gluon-Wechselwirkung

5.4 Struktur der Nukleonen

5.4.1 Skaleninvarianz

5.4.2 Das Quark-Parton-Modell

5.4.3 Neutrinostreuung

5.4.4 Skalenbrechung und Impulsverteilung der Gluonen

5.5 Chirale Störungstheorie

5.5.1 Chiraler Grenzfall

5.5.2 Partiell erhaltener axialer Strom

5.5.3 π⁢π-Streuung

5.5.4 Offene Probleme

5.6 Streuung von Hadronen bei hohen Energien

5.7 Aufgaben

6 Die elektroschwache Wechselwirkung

6.1 Leptonen

6.1.1 Eigenschaften geladener Leptonen

6.1.1.1 Eigenschaften des Elektrons

6.1.1.2 Eigenschaften des Myons

6.1.1.3 Eigenschaften des Taus

6.1.2 Die Neutrino-Hypothese

6.2 Der nukleare β-Zerfall, Fermi’s Theorie

6.3 Verletzung der Paritätserhaltung, Helizität der Leptonen

6.3.1 Das Wu-Experiment

6.3.2 Der Zerfall des Λ-Hyperons

6.3.3 Die Helizität der Leptonen

6.4 Die V⁢−⁢A-Wechselwirkung

6.5 Test der V−A-Theorie

6.6 Der neutrale, schwache Strom

6.7 Die Feldbosonen der schwachen Wechselwirkung

6.8 Schwache Zerfälle von Teilchen mit Strangeness

6.9 Verallgemeinerung auf sechs Quarks

6.10 Die Vereinheitlichung der elektrischen und der schwachen Wechselwirkung

6.11 Eichinvarianz

6.11.1 Nicht-Abel’sche Eichtransformationen

6.11.1.1 Eichinvarianz in der QED

6.11.1.2 Isospin-Invarianz

6.11.1.3 Eichfelder der Gruppe S⁢U⁢(3)

6.11.2 Spontane Brechung der globalen Symmetrie: Goldstone-Mode

6.11.3 Spontane Brechung der lokalen Symmetrie: Higgs-Mode

6.11.4 Higgs-Mechanismus und Isospin

6.11.5 Tests des Standardmodells

6.11.5.1 Eigenschaften der Z Zerfälle

6.11.5.2 Test der QED

6.11.5.3 Zwei Fermionen Endzustand

6.11.6 Untersuchungen zur elektroschwachen Wechselwirkung bei LEP II Energien

6.12 Oszillationen, C⁢P-Verletzung

6.12.1 Das Zweizustandsproblem

6.12.2 Die neutralen Kaonen

6.12.3 Oszillation und Regeneration

6.12.4 Verletzung der C⁢P-und der T-Invarianz

6.12.4.1 Zerfälle neutraler Kaonen

6.12.4.2 Verletzung der 𝒯-Invarianz

6.12.4.3 Verletzung der C⁢P-Invarianz im Zerfall

6.12.4.4 C⁢P-Verletzung im B¯⁢B-System

6.12.5 C⁢P-Verletzung im Standardmodell

6.13 Neutrinos

6.13.1 Sonnenneutrinos

6.13.2 Atmosphärische Neutrinos

6.13.3 Neutrinooszillationen

6.13.4 Suche nach dem Majorana Neutrino

6.14 Aufgaben

7 Suche nach dem Higgs Boson

7.1 Frühe Suchen

7.2 Blick durchs Schlüsselloch

7.3 Produktions- und Zerfallskanäle

7.4 Experimentelle Prerequisite

7.5 Die Entdeckung des Higgs Bosons

7.5.1 Spin und Parität des Higgs Bosons

7.6 Aufgaben

8 Kerne in exotischen Zuständen

8.1 Hyperkerne

8.2 Mesonische Atome

8.3 Schwerionenphysik bei mittleren Energien

8.3.1 Heiße Kerne

8.3.2 Weitere Thermometer

8.3.3 Thermalisierung

8.3.4 Die Zustandsgleichung

8.4 Hoch relativistische Schwerionenreaktionen

8.4.1 Hochenergetische Schwerionenbeschleuniger

8.4.2 Schwerionendetektoren

8.4.3 Kollektiver Strömung

8.4.4 Gittereichtheorie

8.4.5 Raum-Zeit Entwicklung des Quark-Gluon Plasmas

8.4.5.1 Messung der Korrelation

8.4.5.2 Der kritische Punkt

8.4.5.3 Die Zähigkeit des Quark-Gluon Plasmas

8.5 Nukleares Brennen, Neutronensterne

8.6 Aufgaben

A Fourier-Transformationen

B Die Raum-Zeit

B.1 Vierervektoren

B.2 Lorentz-Transformationen

B.3 Kovariante Formulierung der Elektrodynamik

C Kinematik und Phasenraum

C.1 Kinematik

C.2 Zweikörper-Kinematik

C.3 Dreikörper-Kinematik

C.4 Methode der fehlenden Masse

C.5 Rapidität und Pseudorapidität

D Addition von Drehimpulsen

E Die Dirac-Gleichung

E.1 Wellengleichungen

E.2 Lösungen der Dirac-Gleichung

F Matrixelemente aus Feynman-Graphen

F.1 Regeln der QED

F.2 Regeln der QCD

G Generatoren für die Gruppe (3)

H Quantenzahlen der Mesonen

I Teilchen im Standardmodell

Literaturverzeichnis

Index

End User License Agreement

Guide

Cover

Titlebatt

1 Historische Anfänge

Illustrationsverzeichnis

2 Kapitel

Abb. 2.1 Geschwindigkeitsfokussierung beim Aston’schen Massenspektrograph...

Abb. 2.2 Spektrum der Masse 20 gemessen mit einem Massenspektrograph. Die unters...

Abb. 2.3 Elektroden und Feldgeometrie für eine Penning-Falle (A) und eine...

Abb. 2.4 Beispiel einer Zweikörperreaktion 1+2→3+4 mit einem ruh...

Abb. 2.5 Die Energie des auslaufenden 6He aus einer (He3+Si2⁢9⁢...

Abb. 2.6 Experimentelle Bindungsenergien pro Nukleon[6]. Quelle: Audi & W...

Abb. 2.7 Prinzip eines Streuexperiments. Die einzelnen Komponenten sind im Text ...

Abb. 2.8 Streuung an einer harten Kugel.

Abb. 2.9 Totaler und elastischer Wirkungsquerschnitt der Proton-Proton-Wechselwi...

Abb. 2.10 Totale Wirkungsquerschnitte für Neutronen an 2⁢3Ȇ...

Abb. 2.11 Streuung der einlaufenden ebenen Welle an einem Potential ().

Abb. 2.12 Vergleich der gemessenen Wirkungsquerschnitte für die elastisch...

Abb. 2.13 Prinzip der Messung des Formfaktors.

Abb. 2.14 Streuung eines Teilchens mit Spin an einem Objekt ohne Spin (Mott-Stre...

Abb. 2.15 Differentieller Wirkungsquerschnitt für die elastische Streuung...

Abb. 2.16 Ladungsverteilung extrahiert aus der elastischen Elektronenstreuung (n...

Abb. 2.17 Die sphärischen Bessel-Funktionen jl(kr) für l ≤ ...

Abb. 2.18 Die Ladungsverteilung von Pb2⁢0⁢8 nach der Fourier-Bes...

Abb. 2.19 Der Wirkungsquerschnitt der elastischen Streuung von Deuteronen relati...

Abb. 2.20 Anpassung der Streuquerschnitte der elastischen Streuung relativ zur R...

Abb. 2.21 Der Realteil des Potentials aus der elastischen Streuung von 139-MeV-...

Abb. 2.22 Materieverteilung für den Kern 4⁢8 gewonnen aus der el...

Abb. 2.23 Vektordiagramm für die Drehimpulse und die magnetischen Dipolmo...

Abb. 2.24 Magnetische Momente und Schmidt-Linien für Kerne mit einem unge...

Abb. 2.25 Geometrie eines Rotationsellipsoids. und sind die Achsenabschnitte.

Abb. 2.26 Quadrupoldeformationen für ungerade A-Kerne als Funktion der un...

Abb. 2.27 Rosenbluth-Diagramm für elastische Elektronenstreuung am Proto...

Abb. 2.28 Formfaktoren für elektrische und magnetische Verteilung im Prot...

Abb. 2.29 Die elektrischen Formfaktoren für das Proton (oben) und das Neu...

Abb. 2.30 Wie die Abb. 2.29, aber für den magnetischen Formfaktor.

Abb. 2.31 Dichte der elektrischen und magnetischen Ladungsverteilung im Proton.

Abb. 2.32 Dichte der elektrischen und magnetischen Ladungsverteilung im Neutron.

Abb. 2.33 Wirkungsquerschnitte für die elastische und unelastische Elektr...

Abb. 2.34 Die möglichen Werte des relativen Reaktionsquerschnitts als Fun...

Abb. 2.35 Die Darstellung der Partialamplitude im Argand-Diagramm (komplexe Eben...

Abb. 2.36 Ein α⁢-Teilchen in einem Potential. Die Coulomb-Barrie...

Abb. 2.37 Oben: Die Energieverhältnisse bei der Durchtunnelung eines...

Abb. 2.38 Penetrabilität durch eine Potentialbarriere.

Abb. 2.39 Die Halbwertszeit als Funktion von 1⁢⇑⁢α...

Abb. 2.40 Reduzierte Breiten für -Kerne mit den Transmissionskoeffiziente...

Abb. 2.41 Identifizierung von Ne- und Mg-Clustern, die spontan von U2⁢3...

Abb. 2.42 Das effektive Potential für die Wechselwirkung von Deuteronen m...

Abb. 2.43 Die Ablenkfunktion (2.237) für das effektive Potential in Abb.&...

Abb. 2.44 Transmissionskoeffizienten für die Durchtunnelung der Potential...

Abb. 2.45 Oben: Potentiale für das Deuteron. Das Rechteckpotential ist du...

Abb. 2.46 Prinzip des Doppelstreuexperiments.

Abb. 2.47 Polarisation in der elastischen Proton-Proton-Streuung als Funktion de...

Abb. 2.48 Klassische Veranschaulichung von Austauschwechselwirkungen. Im rechten...

Abb. 2.49 Coulomb-Wechselwirkung durch den Austausch des Feldquants des elektrom...

Abb. 2.50 Paarerzeugung an einem Kern (dicker Punkt).

Abb. 2.51 Bremsstrahlung an einem Kern (dicker Punkt). Das von links nach rechts...

Abb. 2.52 Starke Wechselwirkung durch den Austausch eines neutralen Pions (links...

Abb. 2.53 Graph für das Einpionen-Austauschpotential.

Abb. 2.54 Einfluss der verschiedenen ausgetauschten Mesonen auf das Neutron-Prot...

Abb. 2.55 Das Quadrat der Deuteronen-Wellenfunktion im Impulsraum. Die lang-gest...

3 Kapitel

Abb. 3.1 Besetzung der Niveaus für Protonen und Neutronen im Fermi-Gas Fe...

Abb. 3.2 Separationsenergien für Neutronen (nach Mattauch, Thiele, und Wa...

Abb. 3.3 Der gerade-ungerade Masseneffekt für Neutronen und Protonen (nac...

Abb. 3.4 Relative Differenz der experimentellen Bindungsenergien [6] und der Anp...

Abb. 3.5 Energieverhältnisse bei Kernen mit gleicher Massenzahl A. Sta...

Abb. 3.6 Die stabilen Isotope in der N−Z Ebene. Die Kurve zeigt die max...

Abb. 3.7 Wie Abb. 3.6. Die stabilen Isotope sind durch eine umhüllende Ku...

Abb. 3.8 Das effektive radiale Potential (durchgezogene Kurve), zusammengesetzt ...

Abb. 3.9 Einfangquerschnitte für langsame Neutronen (nach Ref. [71]).

Abb. 3.10 Die radiale Abhängigkeit der Saxon-Woods-Form und ihrer Ableitu...

Abb. 3.11 Wechselwirkung eines Nukleons mit einem Nukleonenpaar.

Abb. 3.12 Energieniveaus im Einteilchen-Modell. Im linken Teil (A) ist der harmo...

Abb. 3.13 Energien der Terme und Zustände in O18 mit l=0. Dies entspr...

Abb. 3.14 Besetzungszahlen für die dritte Hauptschale. Der Verlauf ohne R...

Abb. 3.15 Verschmierung der Fermi-Kante durch die Paarungsenergie.

Abb. 3.16 Nilsson Schema für leichte Kerne.

Abb. 3.17 Links: Der Wirkungsquerschnitt für elastische Protonenstreuung ...

Abb. 3.18 Potentialtiefen aus der Analyse der elastischen Streuung von 30-MeV-Pr...

Abb. 3.19 Energieabhängigkeit der optischen Modellparameter.

Abb. 3.20 Berechnete Zustände im optischen Potential für En...

Abb. 3.21 Spektrum der elastisch und unelastisch gestreuten α⁢-T...

Abb. 3.22 Inelastische Streuung von α⁢-Teilchen und Deuteronen b...

Abb. 3.23 Quasifreie Streuung von 1-GeV-Protonen an Si29. Links: Herausschla...

Abb. 3.24 Die Winkelkorrelation zwischen einem inelastisch gestreuten α...

Abb. 3.25 Abweichungen von der sphärischen Symmetrie in den stehenden Wel...

Abb. 3.26 Aus Spektren extrahierte Werte für die Rückstellkraft be...

Abb. 3.27 Wie Abb. 3.26, aber für die Massen (s. Text).

Abb. 3.28 Kopplung des kollektiven Drehimpulses R→ mit dem Drehimpuls ...

Abb. 3.29 Links: Anregungsschema des deformierten Kerns U238. Rechts oben: Der...

Abb. 3.30 Schematische Darstellung der Coriolis-Kraft, die bei schneller Rotatio...

Abb. 3.31 Kreuzung zweier Rotationsbanden. Links: Niveauschema für die ...

Abb. 3.32 Die Spaltbarriere als Funktion der Deformation (schematisch). Die gest...

Abb. 3.33 Verteilung der Mittelwerte der Massenverteilung der Spaltfragmente als...

Abb. 3.34 Fusion der sphärischen Kerne Ni64+Pb208 zu einem Kern mit der...

4 Kapitel

Abb. 4.1 Die radiale Wellenfunktion u⁢(r) für l=0 in einem sph...

Abb. 4.2 Wirkungsquerschnitt für Resonanzstreuung. Die Gerade ist der Bei...

Abb. 4.3 Resonanzen im System p+Ar40→p+Ar40 bei verschiedenen Aufl...

Abb. 4.4 Resonanz im System H4. Die durchgezogene Kurve ist eine Analyse im Ra...

Abb. 4.5 Kollektive Schwingungen als Funktion der elektrischen und magnetischen ...

Abb. 4.6 Photoabsorptionsquer-schnitte in Kernen der seltenen Erden. Die Daten s...

Abb. 4.7 Schema der Kernanregung. Links: Der Wirkungsquerschnitt für die ...

Abb. 4.8 Euler-Winkel. Die Drehung eines Koordinatensystems (x,y,z) in ein Koo...

Abb. 4.9 Anregungsfunktion der beiden Reaktionen für den angegebenen Wink...

Abb. 4.10 Anordnung der Protonen (offene Kreise) und Neutronen (schraffierte Kre...

Abb. 4.11 Links: Vereinfachtes Niveauschema für Kerne mit A=12. Auf der...

Abb. 4.12 Die totalen Wirkungsquerschnitte für die beiden Reaktionen (4.1...

Abb. 4.13 Zerfall eines ruhenden neutralen Pions in zwei Photonen.

Abb. 4.14 Vergleich der zwei Isospin-verwandten Reaktionen. Der Wirkungsquerschn...

Abb. 4.15 Winkelverteilung im Schwerpunktsystem der Reaktion p⁢p→...

Abb. 4.16 Die Abhängigkeiten der Isospin-Streulängen der Pion-Nukl...

Abb. 4.17 Wirkungsquerschnitte für die elastische und totale Streuung vo...

Abb. 4.18 Anregungsfunktion des totalen Wirkungsquerschnitts für die ...

Abb. 4.19 Argand-Diagramm für die P33-Amplitude in der πȆ...

Abb. 4.20 Spektrum der Anregungsenergie der Reaktion α+p→α...

Abb. 4.21 Anregungsschema der bekannten Nukleon Resonanzen. Unter dem Anregungss...

Abb. 4.22 Invariante Masse aus dem Zerfall ρ→2⁢π.

Abb. 4.23 Graph für die Produktion und den anschließenden Zerfall ...

Abb. 4.24 Invariante Masse von 3 Pionen ( π++π−+π0)...

Abb. 4.25 Dalitz-Diagramm von Dreipionen-Ereignissen aus der Resonanzgegend (na...

Abb. 4.26 Erwartete Dalitz-Diagramme als Funktion des Spins und des Isospins f...

Abb. 4.27 Der Graph der ω-Produktion und der Zerfall in drei Pionen.

Abb. 4.28 Beobachtung des Kaonenzerfalls durch Leprince-Ringuet und M. Lhquotede...

Abb. 4.29 Aufnahme eines V-Ereignisses mit einer Nebelkammer. Das Magnetfeld i...

Abb. 4.30 Dalitz-Diagramm des Zerfalls geladener Kaonen in drei Pionen. Alle Ere...

Abb. 4.31 Dalitz-Diagramm für die ( π++π−+Λ)...

Abb. 4.32 Die fehlende Masse bei der Reaktion p+d→He3+X0 mit X0=...

Abb. 4.33 Die Annihilation eines Antiprotons. Das einlaufende Antiproton kommt v...

Abb. 4.34 Phasenverschiebungen für die elastische α⁢...

5 Kapitel

Abb. 5.1 Die pseudoskalaren Mesonen und die Vektormesonen als Funktion der Stran...

Abb. 5.2 Aufbau der Mesonen aus Quarks und Antiquarks. Die Positionen der Quarks...

Abb. 5.3 |T|2-Matrix für die Produktion von isoskalaren s⁢-Wel...

Abb. 5.4 Die Baryonen mit J=1/2 und J=3/2 als Funktion der Strangeness und d...

Abb. 5.5 Produktion und Zerfall (s. Zerfallsschema (5.34)) des ersten beobachtet...

Abb. 5.6 Quarkliniendiagramm für Pionenproduktion. Links: In der Reaktion...

Abb. 5.7 Oben: Quarkliniendiagramm für den Zerfall des Φ-Mesons ...

Abb. 5.8 Der experimentelle Aufbau von Ting und Mitarbeitern, der bei der Entdec...

Abb. 5.9 Die Verteilung der invarianten Masse in dem e+⁢e−-Endzu...

Abb. 5.10 Der Wirkungsquerschnitt für die Erzeugung der J/Ψ-Reso...

Abb. 5.11 Der Zerfall J/Ψ→π+ρ.

Abb. 5.12 Energieabhängigkeit des Wirkungsquerschnitts für die Rea...

Abb. 5.13 Schematische Darstellung des Crystal Ball Detector.

Abb. 5.14 Inklusives Photonenspektrum von Ψ⁢’-Zerfä...

Abb. 5.15 Differentieller Wirkungsquerschnitt für die Reaktion p+C...

Abb. 5.16 Die Masse des Top-Quarks aus verschiedenen Messungen.

Abb. 5.17 Vereinfachte Niveauschemata für c⁢c¯- (links) u...

Abb. 5.18 Oben: Das Anregungsspektrum niedrig liegender Zustände des Char...

Abb. 5.19 Vergleich verschiedener Potentialformen. Die durchgezogene Kurve ist e...

Abb. 5.20 Das Spektrum niedrig angeregter Zustände für verschieden...

Abb. 5.21 Die Impulsabhängigkeit der starken Kopplungskonstanten. Die Pun...

Abb. 5.22 Verlauf von Feldlinien zwischen zwei Ladungen. Links: Das Feld zwische...

Abb. 5.23 Der Spin ist dargestellt als Funktion der Quadrate der Massen. Die obe...

Abb. 5.24 Produktion von Myonpaaren in der Reaktion e−+e−→...

Abb. 5.25 Das Verhältnis der inklusiven Hadronenproduktion zur Di-Myonen ...

Abb. 5.26 Darstellung der Bildung von Hadronen in der e+⁢e− Vern...

Abb. 5.27 Die Winkelverteilung der Reaktion e++e−→2⁢ Jets...

Abb. 5.28 Ereignis mit drei Jets gemessen mit dem TASSO-Detektor. Die gestrichel...

Abb. 5.29 Links: Die Definition des Ellis-Karliner-Winkels und die Impulsvektore...

Abb. 5.30 Die Abhängigkeit der angegebenen Wirkungsquerschnitte von der A...

Abb. 5.31 Graphen für Ereignisse mit vier Jets. Die beiden oberen sind vo...

Abb. 5.32 Test der QCD mit Ereignissen aus vier Jets. Die Ereignishäufigk...

Abb. 5.33 Diagramm für tief unelastische Streuung eines Elektrons am Prot...

Abb. 5.34 Unelastische Elektronenstreuung am Proton. Der Wirkungsquerschnitt ist...

Abb. 5.35 Die Strukturfunktion F2⁢(x,Q) für das Proton als Funkt...

Abb. 5.36 Das Verhältnis der magnetischen zur elektrischen Strukturfunkti...

Abb. 5.37 Die Differenz der elektrischen Strukturfunktionen für das Proto...

Abb. 5.38 Die elektrische Strukturfunktion des Protons aus Leptonenstreuung. Die...

Abb. 5.39 Erzeugung und Vernichtung von Quark-Antiquark-Paaren aus energiereiche...

Abb. 5.40 Quarkmodelle und ihre Auswirkungen auf die elektrische Strukturfunktio...

Abb. 5.41 Die Strukturfunktion F2 als Funktion der Bjorken-Variablen x bei e...

Abb. 5.42 Verteilung der Gluonen, Quarks und Antiquarks im Nukleon (nach[190]). ...

Abb. 5.43 Die Phasenverschiebung für die isoskalare s⁢-Welle. Di...

Abb. 5.44 Differenz der Phasen für die beiden Isospin-Streuamplituden a...

Abb. 5.45 Dalitz-Diagramm für die Reaktion p¯+p→3⁢...

Abb. 5.46 Die Masse eines Mesons mit dynamisch generierten Quarkmassen M...

Abb. 5.47 Totale Wirkungsquerschnitte und Wirkungsquerschnitte für elasti...

Abb. 5.48 Differentielle Wirkungsquerschnitte für elastische Proton-Proto...

Abb. 5.49 Links: Proton-Neutron-Streuung in Vorwärtsrichtung dargestellt ...

Abb. 5.50 Oben: Der differentielle Wirkungsquerschnitt für die Ladungsaus...

Abb. 5.51 Dilepton-Produktion im Drell-Yan-Prozess.

6 Kapitel

Abb. 6.1 Graphen für Strahlungskorrekturen.

Abb. 6.2 Graph für eine Strahlungskorrektur mit einem virtuellen e+...

Abb. 6.3 Lamor Präzession des Spins um den Impulsvektor bei einem Pr...

Abb. 6.4 Das erste Präzisionsexperiment zur Messung des anormalen magneti...

Abb. 6.5 Myon Ringe am CERN. Links: Toroidaler Magnet, der nach Innen hin offen ...

Abb. 6.6 Schema des Myon Speicherring, der zuerst am Brookhaven National Laborat...

Abb. 6.7 Links: Detail Ansicht, die die Messung der Spur der Zerfallspositronen ...

Abb. 6.8 Zeitspektrum der gemessenen Positronen am Speicherring in Brookhaven so...

Abb. 6.9 Die Genauigkeit in ppm als Funktion der Messzeit für die verschi...

Abb. 6.10 Vergleich der Ergebnisse des Standardmodells mit dem Weltdatensatz.

Abb. 6.11 Hadronische Strahlungskorrektur zur Myon Anomalie.

Abb. 6.12 Erwartetes und beobachtetes Elektronenspektrum aus dem β-Zerf...

Abb. 6.13 Apparatur von Reines und Cowan zum Nachweis der Existenz des Antineutr...

Abb. 6.14 β-Spektren der beiden Zerfälle von Cu64. Die Messung...

Abb. 6.15 Kurie-Diagramm für die Daten aus Abb. 6.14.

Abb. 6.16 Die Ladungsabhängigkeit der Parameter a und b in Gl. (6.55)...

Abb. 6.17 Spins und Impulse im C60⁢o-Zerfall.

Abb. 6.18 Das Experiment von Wu u. A. zur Verletzung der Paritätserhaltun...

Abb. 6.19 Anisotropie der Elektronenemission als Funktion der Richtung des polar...

Abb. 6.20 Definition des Koordinatensystems und der Richtungen im Λ-Zer...

Abb. 6.21 Schema der Impulse (links) und der Drehimpulse (rechts) beim Goldhaber...

Abb. 6.22 Das Goldhaber-Experiment zur Helizität des Neutrinos (nach[236]...

Abb. 6.23 Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen zwei Strömen.

Abb. 6.24 Die schwache Wechselwirkung zwischen zwei Strömen.

Abb. 6.25 Kinematik der β⁢-Zerfälle von Kernen. Der Mutte...

Abb. 6.26 Das Energiespektrum der Elektronen aus den Zerfällen μ...

Abb. 6.27 Der Zerfall μ−→e−⁢ν⁢...

Abb. 6.28 Graph des Pionenzerfalls.

Abb. 6.29 Spinerhaltung beim Pionenzerfall. Die Symbole haben die gleiche Bedeut...

Abb. 6.30 Die erste Beobachtung eines neutralen, schwachen Stroms mit der Blase...

Abb. 6.31 Die erste Beobachtung einer Antineutrino-Streuung am Elektron (s. Gl. ...

Abb. 6.32 Produktion und Zerfall von W+-Bosonen in der Proton-Antiproton-Wechs...

Abb. 6.33 Der differentielle Wirkungsquerschnitt für die Reaktion (6.120)...

Abb. 6.34 Die invariante Masse aus dem Prozess Gl. (6.124) (nach UA1-Kollaborati...

Abb. 6.35 Der β+-Zerfall eines Protons im Kern.

Abb. 6.36 Feynman-Diagramm für die Kopplung von Leptonen (links) und Quar...

Abb. 6.37 Potential für wechselwirkende, skalare Felder.

Abb. 6.38 Das Potential als Funktion des komplexen skalaren Feldes mit ℜ...

Abb. 6.39 Aufbau des Stanford Linear Collider (SLC) (siehe Text).

Abb. 6.40 Aufbau des OPAL Detektors aus den einzelnen Komponenten. Die Z-Achse...

Abb. 6.41 Feynman Diagramme für die Reaktion Elektron + Positron ...

Abb. 6.42 Die QED Korrektur als Funktion von cos⁡θ [261]. LEP El...

Abb. 6.43 Oberer Graph: Winkelverteilung der Photonen aus der Reaktion e+...

Abb. 6.44 Oberer Graph: Die totalen Wirkungsquerschnitte für die Reaktio...

Abb. 6.45 Die Feynmangraphen zur Erzeugung zweier Fermionen in der Elektron-Posi...

Abb. 6.46 Definition des Polarwinkels.

Abb. 6.47 Vergleich experimenteller Daten (Punkte) mit QED Rechnungen (durchgezo...

Abb. 6.48 Der Wirkungsquerschnitt für die angegebenen Reaktionen mit eine...

Abb. 6.49 Linker Rahmen: Der Wirkungsquerschnitt als Funktion der Schwerpunktene...

Abb. 6.50 Links oben: Anregungsfunktion für die angegebenen Reaktionen mi...

Abb. 6.51 Der Wirkungsquerschnitt für die Reaktion e+⁢e−...

Abb. 6.52 Winkelverteilung für Myonen (links) und Tauonen (rechts). Die e...

Abb. 6.53 Feynman Diagramme für die t-Kanal Bhabha Streuung.

Abb. 6.54 Links: Wie Abb. 6.52, aber für e+⁢e− im Ausgang...

Abb. 6.55 Die gemittelten experimentellen Wirkungsquerschnitte für die Pr...

Abb. 6.56 Feynman Diagramme für den Prozess e+⁢e−→...

Abb. 6.57 Anregungsfunktion für die Produktion von W Paaren. Die Daten ...

Abb. 6.58 Die Verzweigungsverhältnisse der W Bosonen in ein geladenes L...

Abb. 6.59 Feynman Diagramme für den Prozess e+⁢e−→...

Abb. 6.60 Feynman Diagramme für den Prozess e+⁢e−→...

Abb. 6.61 Diagramm für die Fusion von Vektorbosonen mit einem einfachen W...

Abb. 6.62 Links: Zwei Potentialtöpfe mit unendlich hohen Wänden. R...

Abb. 6.63 Der virtuelle Übergang von K0→K¯0.

Abb. 6.64 Regeneration der kurzlebigen K1-Mesonen aus einem reinen K2-Strahl...

Abb. 6.65 Die Winkelverteilung für zwei Pionen aus dem Zerfall von K2. ...

Abb. 6.66 Die Zeitabhängigkeit der Asymmetrie Gl. (6.336) in Einheiten de...

Abb. 6.67 Die Asymmetrie (s. Gl. (6.339)) als Funktion der Zeit, gemessen in Ein...

Abb. 6.68 Die zeitliche Entwicklung der Asymmetrie Gl. (6.350) (nach Ref.[275]).

Abb. 6.69 Box-Diagramme zur Oszillation K0→K¯0.

Abb. 6.70 Ein unitäres Dreieck der CKM-Matrix, das durch Gl. (6.362) defi...

Abb. 6.71 Pinguin-Diagramm. Es beschreibt den Zerfall B0→J/Ψ+...

Abb. 6.72 Wie Abb. 6.71. Es beschreibt den Zerfall B0→J/Ψ+<...

Abb. 6.73 Wie Abb. 6.72. Es beschreibt den Zerfall K¯0→π+...

Abb. 6.74 Das BNL-Experiment zur Unterscheidung von Myon-Neutrinos und Elektron-...

Abb. 6.75 Obere Grenzen der Elektron Neutrinomasse aus dem tritium Zerfall f...

Abb. 6.76 Der Aufbau des Katrin Experiments. Die Gesamtlänge beträ...

Abb. 6.77 C⁢N⁢O- oder Bethe-Weizsäcker-Zyklus (links) sow...

Abb. 6.78 p⁢p-Prozess mit nachfolgenden Ketten.

Abb. 6.79 Neutrinofluss auf der Erde als Funktion der Energieverteilung der Sonn...

Abb. 6.80 Schema des Nachweises atmosphärischer Neutrinos.

Abb. 6.81 Die Ergebnisse der verschiedenen Detektoren für die atmosph...

Abb. 6.82 Prinzip der Neutrinooszillation für zwei verschiedene Neutrinof...

Abb. 6.83 Das Verhältnis des beobachteten zum erwarteten Antineutrinoflus...

Abb. 6.84 Die angegebenen Größen aus der Messung atmosphäri...

Abb. 6.85 Die Grenzen für das Verschwinden einer Neutrinoart für n...

Abb. 6.86 Mögliche Szenarios für die Neutrinomassen.

Abb. 6.87 Wie Abb. 6.85, aber für das Auftauchen einer Neutrinoart (nach ...

Abb. 6.88 Links: Diagramm eines Neutrinolosen doppelten β-Zerfalls. Der...

Abb. 6.89 Niveauschemata und Struktur der beteiligten Kerne beim doppelten ...

Abb. 6.90 Kombiniertes Energiespektrum der beiden doppelten β-Zerf...

Abb. 6.91 Die effektive Majorana Neutrinomasse mβ⁢β Gl. 6...

Abb. 6.92 Spektrum der freien Energie aus dem GERDA Experiment. Das dunkle Histo...

Abb. 6.93 Schematische Darstellung des Detektors Kamland-Zen. Ohne den inneren B...

7 Kapitel

Abb. 7.1 Zusammenstellung früher Experimente, die nach der Existenz des H...

Abb. 7.2 Die beiden größten Quanten-Schleifenkorrekturen zur W B...

Abb. 7.3 Der elektro-schwache Mischungswinkel (Weinberg Winkel): Mittelwert der ...

Abb. 7.4 Die mt−mH Ebene. Die Kurve enthält alle indirekten Mess...

Abb. 7.5 Anpassung der Higgs Masse and Observable im Standard Modell. Die Eingan...

Abb. 7.6 Graphen für dominante Higgs Erzeugung. (a) ist Gluon Fusion, (b)...

Abb. 7.7 Wirkungsquerschnitt für Higgs Produktion für die Gluon-Gl...

Abb. 7.8 Die Zerfallswahrscheinlichkeiten (B⁢R) eines Higgs Bosons in e...

Abb. 7.9 Wirkungsquerschnitte für die Produktion eines bestimmten Endzust...

Abb. 7.10 Links: Produktion des intermediären Higgs in Gluonenfusion und ...

Abb. 7.11 Schnitt durch den ATLAS Detektor (nach [342]).

Abb. 7.12 Prinzipieller Aufbau des CMS Detektors. Einige ausgewählte Komp...

Abb. 7.13 Magnetspulen des ALAS (links) und des CMS Detektors (recht).

Abb. 7.14 Links: Die invariante Massenverteilung zweier Photonen in der Wechselw...

Abb. 7.15 Invariante Masse von vier geladenen Leptonen und die möglichen ...

Abb. 7.16 Konvergenzintervalle mit dem angegebenen Niveau in der Ebene Signalst...

Abb. 7.17 Die Kinematic des Zerfalls X→V1⁢V2→l11⁢l...

8 Kapitel

Abb. 8.1 Schalenmodell für den Hyperkern CΛ12. Oben: Das ...

Abb. 8.2 Bindungsenergie des Λ-Hyperons im Hyperkerns CΛ12 in ...

Abb. 8.3 Diagramm für eine Λ⁢N⁢N-Dreikörper...

Abb. 8.4 Wie Abb. 8.2, aber für YΛ89. Die Schalen sind eingezeic...

Abb. 8.5 Energiespektrum von Röntgen- und γ⁢-Strahlen nac...

Abb. 8.6 Die Breiten der atomaren Zustände in den angegebenen Orbitalen a...

Abb. 8.7 Das Fermi-Gas bei einer endlichen Temperatur. Links: die Zustandsdichte...

Abb. 8.8 Energiespektren von α⁢-Teilchen aus der Wechselwirkung ...

Abb. 8.9 Die zeitliche Entwicklung der Reaktion Ne20+V51 bei einer Projektilen...

Abb. 8.10 Winkelintegriertes Energiespektrum für Protonenemission aus der...

Abb. 8.11 Der Druck als Funktion der Dichte für Temperaturen (in MeV), di...

Abb. 8.12 Kalorische Kurve: Temperatur als Funktion der Anregungsenergie pro bet...

Abb. 8.13 Überblick über den Beschleunigerkomplex RHIC am BNL.

Abb. 8.14 Die Energiebereiche von verschiedenen Schwerionenbeschleunigern als Fu...

Abb. 8.15 Simulationsrechnungen im Rahmen des optischen Glauber Modells. Es ist ...

Abb. 8.16 Die Zahl der Ereignisse ist als Funktion der Multiplizität darg...

Abb. 8.17 Vergleich der Ereignishäufigkeit bei Energien sNN=200 GeV. Li...

Abb. 8.18 Querschnitt durch den NA50 Detektor am CERN SPS. Die Transversll...

Abb. 8.19 Übersicht über den STAR Detektor am RHIC Beschleuniger (...

Abb. 8.20 Querschnitt durch das ALICE Detetektorsystem (siehe Text). Eine ausf...

Abb. 8.21 Energieverlust d⁢E/d⁢x als Funktion des Magnetfeldes. ...

Abb. 8.22 Effektive Zahl der Freiheitsgrade des Plasma als Funktion der Temperat...

Abb. 8.23 Winkelverteilung der emittierten Teilchen als Funktion des kollektiven...

Abb. 8.24 Illustration eines nicht zentralen Stoßes zweier Gold Kerne bei...

Abb. 8.25 Teilchen im Impulsraum transversal zur Bewegungsrichtung. Die kinemati...

Abb. 8.26 Die Raum-Zeit Entwicklung eines ultra relativistischen zentralen Kern-...

Abb. 8.27 Gerichteter Fluss als Funktion der Pseudorapidität (nach STAR K...

Abb. 8.28 Der differentielle elliptische Fluss für geladene Teilchen aus ...

Abb. 8.29 Differentieller elliptischer Fluss v2 als Funktion des transversalen...

Abb. 8.30 Der integrierte elliptische Fluss als Funktion der Schwerpunktenergie ...

Abb. 8.31 T- μB-Diagramm (nach [397]). Der Phasenübergang 1. Ordn...

Abb. 8.32 Rechnungen im Rahmen der Gitter-Eichtheorie (nach [399]).

Abb. 8.33 Phasendiagramm für den Übergang von Hadronengas zum Qua...

Abb. 8.34 Zeitliche Entwicklung ultra-relativistischer Schwerionenstö...

Abb. 8.35 Das Koordinatensystem zur Anpassung der HBT Radien (nach [406]).

Abb. 8.36 Oben: HBT Radien als Funktion der Pseudorapidität Dichte der ge...

Abb. 8.37 Das Phasendiagramm für Kohlenstoffdioxid. Neben den Phasengrenz...

Abb. 8.38 Der kritische Punkt im Phasendiagramm für das Quark-Gluon Plasm...

Abb. 8.39 Energieabhängigkeit der Wölbung (Kurtosis) der Netto-Pro...

Abb. 8.40 Das Verhältnis der Volumenzähigkeit zur dynamischen Z...

Abb. 8.41 Dynamische Zähigkeit per Entropiedichte als Funktion des Quotie...

Abb. 8.42 Negativbild der Supernova im Jahre 1987 in der kleinen Magellan...

Abb. 8.43 Schalenaufbau eines Neutronensterns.

A Kapitel

Abb. A.1 Beispiele für Verteilungen im Ortsraum und die zugehörige...

C Kapitel

Abb. C.1 Zweikörper-Kinematik für die Reaktion ++He4 bei einem S...

Abb. C.2 Baum-Diagramm. Die Reaktion ++1…+ ist ausgedrückt durch...

Abb. C.3 Ruhesystem für das System, bei dem die beiden Teilchen 2 und 3 d...

Abb. C.4 Dalitz-Diagramm für die Reaktion π0. Die beiden Protone...

Abb. C.5 Reaktion, die als...

Abb. C.6 Vergleich des Dalitz-Diagramms (links) und des Chew-Low-Diagramms (rech...

Abb. C.7 Die fehlende Masse für eine Reaktion +++, wobei der Viererimpu...

F Kapitel

Abb. F.1 Graph für die Vernichtung eines -+-Paares mit anschließ...

Abb. F.2 Graph für die Streuung eines Elektrons an einem punktförm...

Abb. F.3 Links: Vernichtung und Paarerzeugung (-Kanal). Rechts: Bhabha-Streuung...

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Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik

Hartmut Machner

Zweite Auflage

Autor

Prof. Dr. Hartmut Machner

Universität Duisburg-Essen

47057 Duisburg

Deutschland

Titelbild

© MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images

2. Auflage 2024

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Print ISBN: 978-3-527-41432-1

ePDF ISBN: 978-3-527-84654-2

ePub ISBN: 978-3-527-84653-5

Umschlaggestaltung Wiley

Satz Newgen KnowledgeWorks (P) Ltd., Chennai, India

Druck und Bindung

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Meiner lieben Frau Juliane und meinen Söhnen Moritz und Fabian gewidmet.

Vorwort

Doch muss man bedenken, dass eine fruchtbare Theorie niemals aus dem Nichts entspringt und das man stets auf die schon vorliegenden Untersuchungen angewiesen ist. Darum muss jeder Forscher, der vorwärts kommen will, vor allem dasjenige kennen lernen, was Andere vor ihm geleistet haben.

Max Planck

Dieses Buch hat wie so viele andere seinen Ursprung in Vorlesungen, die ich mehrfach an der Universität Duisburg-Essen für Studenten nach dem Vordiplom gehalten habe. Historisch haben sich Kernphysik und Teilchenphysik nach gemeinsamen Anfängen getrennt. Heute gibt es jedoch soviel Überlappung zwischen den beiden Gebieten, dass eine gemeinsame Behandlung gerechtfertigt erscheint. Es ist ein Ziel dieses Buches, diese Gemeinsamkeiten sowohl in der experimentellen als auch in der theoretischen Methodik herauszuarbeiten. Es ist also nicht, wie es häufig zu finden ist, ein Nebeneinander von Kern- und Teilchenphysik.

Nicht alles, was in diesem Buch steht, kann in dem zeitlich begrenzten Rahmen einer Vorlesung gebracht werden. Es ist aber sicherlich besser man kann Abschnitte übergehen, als dass sie schmerzlich vermisst werden. Natürlich ist die Auswahl des Stoffes manchmal willkürlich und dem eigenen Geschmack folgend. Dennoch hoffe ich, den Geschmack vieler Lehrenden und Lernenden getroffen zu haben. Eine Einführung kann natürlich nicht an allen Stellen so weit in die Tiefe gehen, dass alles immer umfassend dargestellt wird. Daher habe ich häufig die Originalarbeiten angegeben, bzw. auf weiterführende Literatur hingewiesen.

Der gesamte Komplex der Anwendungen der Kern- und Elementarteilchenphysik sowie der Anwendungen ihrer Methoden und Geräte ist im vorliegenden Text gänzlich unbeachtet geblieben. Dies liegt nicht daran, dass dieses Gebiet uninteressant ist, ganz im Gegenteil ist es äußerst reizvoll, aber eine auch nur ansatzweise Diskussion hätte den Rahmen dieses Buches gesprengt.

Es ist im Allgemeinen unmöglich, für jede physikalische Größe einen eigenen Buchstaben zu finden. Daher sind Bezeichnungen nahezu immer im Kontext erklärt. Ein anderes Problem ist die Frage nach den Einheiten. Hier werden die üblichen SI-Einheiten verwendet, soweit nicht praktische Erwägungen dem entgegenstehen. Da die Kern- und die Elementarteilchenphysik mit beschleunigten Teilchen arbeiten, ist es bequem, die Energieeinheit eV zu benutzen. Dies ist die Energie, die ein Teilchen mit der elektrischen Ladung e nach dem Durchlaufen einer Potentialdifferenz von 1 V gewinnt. Gemäß der Einstein’schen Beziehung E = mc2 ist die Einheit der Masse dann eV/c2. Die Einheit des Impulses ist eV/c. Typische Energien in der Kernphysik sind MeV/c2, und GeV/c2 in der Teilchenphysik. Häufig setzt man ℏ = c = 1. Ein solches System nennt man „natürliche“ Einheiten. In theoretischen Abschnitten wird davon Gebrauch gemacht. Man erhält die normalen Einheiten zurück, indem man eine Dimensionsbetrachtung anstellt.

Die Feinstrukturkonstante ist . Die Wahl von cgs-Einheiten wird strikt vermieden, da ein fehlender Faktor durch eine Dimensionsbetrachtung nicht zurückgewonnen werden kann.

Manche Lehrbücher, insbesondere solcher theoretischer Art, benutzen die so genannte Lorentz-Heaviside-Konvention. In ihr wird nicht nur ℏ = c = 1, sondern auch gesetzt, was durch die Beziehung nahe liegt. Da dann ist, hat die elektrische Ladung e einen anderen Wert: . Wenn natürliche Einheiten oder die Lorentz-Heaviside-Konvention benutzt wird, ist dies im Text stets deutlich gemacht.

Nach bald 20 Jahren erscheint mir eine Neuauflage nötig. Neben kurzen Reparaturen habe ich neue Abschnitte eingeführt. Die beziehen sich im Wesentlichen auf die elektroschwache Wechselwirkung. Auf diesem Gebiet sind in den letzten Jahren die größten Entdeckungen gemacht worden, experimentell am LEP, am CERN, am SLAC und am FERMILAB. Herausragend ist die Entdeckung des Higgs-Teilchens am LHC am CERN. Auf dem Gebiet der Kernphysik dominiert die Suche nach dem Quark-Gluon Plasma am LHC und am Brookhaven National Laboratory. Auf der theoretischen Seite steht das Standardmodell der Kern- und Teilchenphysik. Die Beschreibung von neuen Beschleunigern und Detektoren ist nicht mehr in einem eigenen Kapitel enthalten, sondern zu den Experimenten gewandert.