Teilchenphysik

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Teilchenphysik
Lehrerprogramm - April 2017
European Organisation for Nuclear Research
„Magic is not happening at CERN, magic is explained at CERN“ - Tom Hanks
Kristof Schmieden
EP Department
[email protected]
Vorwort
Verständnis der Bausteine unseres Universums
• 120 Jahre Forschung im Bereich Teilchenphysik
•
in 3 Stunden ....
• Fokus auf:
• Wichtigen Konzepte / Ideen
• Hinarbeiten auf den aktuellen Stand der Forschung
• In etwa in historischer Abfolge
Kristof Schmieden
2
Von meiner Seite aus
Fragen!
Fragen!
Fragen!
Immer & jederzeit
Immer & jederzeit
Immer & jederzeit
Wünsche für folgende Stunden
Feedback!
Direkt
& Am Ende
Kristof Schmieden
3
Was ist elementar?
Kristof Schmieden
4
Der Beginn der Teilchenphysik
• Die Entdeckung des Elektrons
1897: Thompson / Wiechert
• Kathodenstrahlen: Bestimmung von e/m
• Unabhängig von Kathodenmaterial / Restgas
• Elektrisch negativ geladen
Historische Kathodenstrahlröhre
Kristof Schmieden
5
Der Beginn der Teilchenphysik
• Die Entdeckung des Elektrons
1897: Thompson / Wiechert
• Kathodenstrahlen: Bestimmung von e/m
• Unabhängig von Kathodenmaterial / Restgas
• Elektrisch negativ geladen
Historische Kathodenstrahlröhre
• Zeeman Effekt:
•Aufspaltung von Spektrallinien im Magnetfeld
• Erklärung mittels Elektronen
• (Spin erst viel später eingeführt)
Kristof Schmieden
5
Der Beginn der Teilchenphysik
• Die Entdeckung des Elektrons
1897: Thompson / Wiechert
• Kathodenstrahlen: Bestimmung von e/m
• Unabhängig von Kathodenmaterial / Restgas
• Elektrisch negativ geladen
Historische Kathodenstrahlröhre
• Zeeman Effekt:
•Aufspaltung von Spektrallinien im Magnetfeld
• Erklärung mittels Elektronen
• (Spin erst viel später eingeführt)
1896: Zeeman (Beobachtung)
1899: Lorentz (Erklärung)
Kristof Schmieden
5
Bestimmung der Elementarladung
• Millikan Versuch
1910: Millikan / Fletcher
[2]
e = 1,6 ·10-19 C
Kristof Schmieden
6
Atommodelle ~ 1900
• Thomson: „Rosinenkuchen“-Modell
• Elektronen in homogene, el. pos. geladene Masse eingebettet
Kristof Schmieden
7
Rutherford Experiment
1909: Geiger / Marsden / Rutherford
• Atom hauptsächlich leer!
• Fast alle Masse & elektrische Ladung in kleinem Bereich konzentriert
[2]
• Abschätzung Größe des Atomkerns:
~10-3 * Atomdurchmesser = ~10-14m
Kristof Schmieden
8
Atommodelle - 1913
• Thomson: „Rosinenkuchen“-Modell
• Elektronen in homogene, el. pos. geladene Masse eingebettet
1900
• Rutherford: Masse und positive el. Ladung im Kern konzentriert,
1911
Elektronenwolke
Kristof Schmieden
9
Hohlraumstrahlung
Quanten
- Hohlraumstrahlung
Ein “Hohlraum” absorbiert die einfallende Max
Strahlung völlig und sendet diese Energie
als thermische Strahlung wieder aus:
Planck:1900
[4]
“Hohlraumspektrum” = f(ν,T)
• Schwarzkörperstrahlung erst erklärbar
durch Einführung von Energie-Quanten
• Oszillatoren in den Wänden können
nur Energiepakete ε=hν
durchschnittliche Energie
der Oszillatoren
(proportional zur
Temperatur?)
Ok für ‘kleine’ Frequenzen (Jeans law)
Emissionsspektrum
• Plancksche Strahlungsgesetzt:
E(⌫, T ) =
<E>
h⌫
e(h⌫/kT )
1
• neue fundamentale Konstante: h
Kristof Schmieden
10
Quanten - Photoelektrischer Effekt
• Auslösung von Elektronen aus Metalloberflächen bei Lichteinfall:
Einstein: 1905
• Energie der Elektronen unabhängig von Lichtintensität!
• Nicht erklärbar mit dem klassischen Bild einer elektromagnetischen Welle!
• Erklärung durch Interaktion von Lichtquanten mit Elektronen:
• „Ein Lichtquant gibt alle seine Energie an ein Elektron ab“
e
Emax
= h⌫
Kristof Schmieden
WA
11
Elementare Teilchen - 1905
• Elektron
• Licht-Quant
Kristof Schmieden
12
Quanten - und die
Spektrallinien
TEILCHEN
1913
J. J. Balmer (1885) analysiert das Emissionsspektrum von Wasserstoff
Balmer: 1885
Balmer’s empirische
Formel:
von Wasserstoff bekannt, jedoch nicht verstanden
• Spektrallinien
Niels Bohr besucht Rutherford im Jahr 1913
Anwendung der Planck’schen Quantenhypothese im Atom !
• Problem mit Rutherfords Atommodell:
• Elektronen umkreisen Kern
• Wenn der Drehimpuls quantisiert ist:
→ bewegte el. Ladung → Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
stabil?
• Wieso ist Atomdann
• Elektronen ‘strahlen’ nur bei Übergängen
• Photonen-Energie = Energiedifferenz zwischen n-Niveaus
Kristof Schmieden
13,6 eV => 156.000K
13
Quanten - und die
Spektrallinien
TEILCHEN
1913
J. J. Balmer (1885) analysiert das Emissionsspektrum von Wasserstoff
Balmer: 1885
Balmer’s empirische
Formel:
von Wasserstoff bekannt, jedoch nicht verstanden
• Spektrallinien
Niels Bohr besucht Rutherford im Jahr 1913
Anwendung der Planck’schen Quantenhypothese im Atom !
• Problem mit Rutherfords Atommodell:
• Elektronen umkreisen Kern
• Wenn der Drehimpuls quantisiert ist:
→ bewegte el. Ladung → Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
stabil?
• Wieso ist Atomdann
Bohr: 1913
• Elektronen ‘strahlen’ nur bei Übergängen
• Lösung:
Elektronen auf bestimmten, stabilen Bahnen
Energieänderung bei Bahnwechsel:
E =f ·h
• Photonen-Energie = Energiedifferenz zwischen n-Niveaus
Drehimpuls der Elektronen quantisiert:
13, 6 eV
En =
n2
Kristof Schmieden
h
L = n~ = n
2⇡
13,6 eV => 156.000K
13
Atommodelle - 1913
• Thomson: „Rosinenkuchen“-Modell
• Elektronen in homogene, el. pos. geladene Masse eingebettet
1900
• Rutherford: Masse und positive el. Ladung im Kern konzentriert,
1911
• Bohr:
• Elektronen umkreisen Kern auf Bahnen
• Quantisierter Drehimpuls der Elektronen!
1913
Elektronenwolke
Kristof Schmieden
14
Teilchen - Wellen
• Seit Erklärung des Photoeffekts:
• Licht-Quanten (Teilchen) bekannt. Licht kann Teilchen als auch Welle sein!
• Impuls: p = h/ TEILCHEN
1923-1927
Es brauchte noch we
Experimentell
gezeigt10
durch
Compton
1917
Rege
Es brauchte
noch weitere
Jahre
bevor man
anfing, die mysteriösen
•
Regeln der atomaren Welt zu verstehen.
de Broglie: 1924
sich
wieWelleneigenschaften
Wellen mit Wellenlänge:
• Postulat: Teilchen verhalten
Teilchen
haben
= h/p
• Experimentell betätigt: Beugung von Elektronen an Goldfolie
Louis de Broglie
Davisson
&(1924)
Germer: 1927
Louis de Broglie (1924)
durch d
Kristof Schmieden
*Diese Hypothese wurde 1927
15
Wenn Teilchen auch Welleneigenschaften haben, dann
können Ort und Impuls nicht gleichzeitig präzise messbar sein.
Die Unschärferelation
Heisenberg (1925)
Ort-Impuls-Unschärfe: haben:
• Wenn Teilchen Welleneigenschaften
• Ort & Impuls können nicht gleichzeitig messbar sein!
Heisenberg: 1925
Analogie:
Un
Ein ‘reiner’ Ton der Frequenz f bekommt eine
‘Unschärfe’ Δf wenn er nur über das Zeitintervall Δt
erklingt (Fourier-Transformation):
We
kö
x·
p
h
Δf Δt ~ 1
h Δf Δt = ΔE Δt ~ h
Heisenberg (1925)
Energie-Zeit-Unschärfe:
• Analogie:
,Reiner‘ Ton f bekommt ,Unschärfe‘ Δf wenn er nur über Zeit Δt erklingt
( Fourier - Transformation)
!·
t
1
2
mit
E = ~!
E·
t
~
2
Energie - Zeit unschärfe
Kristof Schmieden
En
16
Wellen - Schlüssel zur modernen Physik
• Verhalten von Teilchen kann durch Wellen beschrieben werden!
Schrödinger: 1926
• mathematisch: komplexe Funktion des Ortes und der Zeit:
• Interferenz möglich!
(~x, t) = Ae
• Klassisch:
• Energie und Impuls eines Teilchens im Potential V
Kristof Schmieden
i(~
k~
x !t)
2
p~
E=
+ V (~x, t)
2m
17
Wellen - Schlüssel zur modernen Physik
• Verhalten von Teilchen kann durch Wellen beschrieben werden!
Schrödinger: 1926
• mathematisch: komplexe Funktion des Ortes und der Zeit:
• Interferenz möglich!
(~x, t) = Ae
• Klassisch:
• Energie und Impuls eines Teilchens im Potential V
i(~
k~
x !t)
2
p~
E=
+ V (~x, t)
2m
• Operatoren in der Quantenmechanik (erraten per Korrespondenzprinzip):
Impuls einer Welle:
Energie einer Welle:
Kristof Schmieden
p = h/ = ~k
E = ~!
p ! i~r
@
E ! i~
@t
17
Wellen - Schlüssel zur modernen Physik
• Verhalten von Teilchen kann durch Wellen beschrieben werden!
Schrödinger: 1926
• mathematisch: komplexe Funktion des Ortes und der Zeit:
• Interferenz möglich!
(~x, t) = Ae
• Klassisch:
• Energie und Impuls eines Teilchens im Potential V
i(~
k~
x !t)
2
p~
E=
+ V (~x, t)
2m
• Operatoren in der Quantenmechanik (erraten per Korrespondenzprinzip):
Impuls einer Welle:
Energie einer Welle:
p = h/ = ~k
Kristof Schmieden
@
E ! i~
@t
E = ~!
Schrödingergleichung:
p ! i~r
@
i~
@t
=
~2 r2
2m
+V
17
Und was bedeutet das?
• Wahrscheinlichkeitsinterpretations:
| (~x, t)|
Kristof Schmieden
2
Wahrscheinlichkeit ein
Teilchen am Ort x zur Zeit t
anzutreffen.
Max Born: 1926
N.b.:
Kopenhagener
Interpretation: Bohr /
Heisenberg 1927
18
Und was bedeutet das?
• Wahrscheinlichkeitsinterpretations:
| (~x, t)|
2
Wahrscheinlichkeit ein
Teilchen am Ort x zur Zeit t
anzutreffen.
Max Born: 1926
N.b.:
Kopenhagener
Interpretation: Bohr /
Heisenberg 1927
• Beispiel Atom:
• Elektronenschale
→ stehende Wellen im Atom, die die
Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen beschreiben
• Gut für v << c
Orbitale des Wasserstoffs
[7]
Kristof Schmieden
18
Und was bedeutet das?
• Wahrscheinlichkeitsinterpretations:
| (~x, t)|
2
Max Born: 1926
Wahrscheinlichkeit ein
Teilchen am Ort x zur Zeit t
anzutreffen.
N.b.:
Kopenhagener
Interpretation: Bohr /
Heisenberg 1927
• Beispiel Atom:
• Elektronenschale
→ stehende Wellen im Atom, die die
Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen
beschreiben
TEILCHEN
TEILCHEN
• Gut für v << c
1928
1928
Pauling: 1928
Quantenphysik erklärt die Existenz von ‘Struktur’ in der Natur
Quantenphysik erklärt die Existenz von ‘Struktur’ in der Natur
Orbitale des Wasserstoffs
[7]
Chemische Bindungen reflektieren Struktur
der Orbitale
Chemische
Bindungen
reflektieren
Struktur
Orbitale
Chemische
Bindungen
reflektieren
diedie
Struktur
derder
Orbitale
Pauling
(1928)
LinusLinus
Pauling
(1928)
Verständnis der Makroskopischen Strukturen!
1928:
Atome,
Moleküle,
Grund
für makroskopische
Formen
waren
verstanden.
1928:
Atome,
Moleküle,
undund
der der
Grund
für makroskopische
Formen
waren
verstanden.
Kristof Schmieden
18
Atommodelle - 1928
• Thomson: „Rosinenkuchen“-Modell
• Elektronen in homogene, el. pos. geladene Masse eingebettet
1900
• Rutherford: Masse und positive el. Ladung im Kern konzentriert,
1911
• Bohr:
• Elektronen umkreisen Kern auf Bahnen
• Quantisierter Drehimpuls der Elektronen!
1913
• Orbital-Modell (Born, Pauling):
• Quantenmechanische Beschreibung der
Aufenhaltswahrscheinlichkeit der Elektronen
1928
Elektronenwolke
Kristof Schmieden
19
Das Neutron
Polonium
Quelle
α
Beryllium
Neutron
n
p
Paraffin
• 
3
4 Be
Geigerzähler
Neutrale Strahlung von α als Beryllium gelöst
γ-Strahlung? Zu hochenergetisch!
Chadwick: Masse wie Proton, nur neutral
+42 ↵ !16 2C + n
• 
• 
Bothe & Becker: 1930
Joliot-Curie: 1931
Chadwick: 1932
James Chadwick
(1932)
Elementarteilchen IV
• Bereits Rutherford Postulierte Neutrale Teilchen im Atomkern
• Experiment zur Untersuchung von Gamma Strahlung
• Bobachtung von neutraler Strahlung
• Eγ ~ 50 MeV nötig um Proton mit beobachteter Energie auszulösen!
23.10.12
Teilchenphysik im Schnelldurchgang – Boris Lemmer
10
• Chadwick: neutrale Teilchen mit etwa Masse des Protons
Bild des Atoms vollständig!
Kristof Schmieden
20
Quantenmechanik & Relativitätstheorie
• Relativistische Energie - Impuls Beziehung
• mehr als 1 Lösung: +m, -m, +p, -p
• Bedeutung von neg. Ruheenergie?
Kristof Schmieden
E=
q
m20 c4 + p2 c2
21
Quantenmechanik & Relativitätstheorie
• Relativistische Energie - Impuls Beziehung
E=
• mehr als 1 Lösung: +m, -m, +p, -p
• Bedeutung von neg. Ruheenergie?
q
m20 c4 + p2 c2
• Kombination von nicht-relativistischer Wellengleichung mit Relativitätstheorie:
Dirac Gleichung:
2
e
6e
=6
4 e+
e+
Kristof Schmieden
3
"
#7
7
"5
#
(i
µ
@µ
m)
=0
Dirac: 1928
Erklärung des Spin 1/2
→ Pauli Prinzip 1940
Vorhersage von Anti-Teilchen
21
Antiteilchen
Entdeckung des Positrons
Anderson: 1932
• Nachweis von Positronen aus Höhenstrahlung in Nebelkammer
[8]
1,5 T B-Feld
• Flugrichtung durch E-Verslust
Bestimmt
6mm Blei:
23MeV
Energieverlust
• Masse & E durch Krümmung /
E-Verlust
• Entdeckung des Myons 1936
• „Who odered that?“
Einlaufendes Positron 63 MeV
Kristof Schmieden
• Erstes Teilchen der „2. Familie“
22
Antiteilchen
• Verhalten sich wie Teilchen, jedoch mit entgegengesetzter el. Ladung
• gleiche Masse, Spin, Parität ...
• Erzeugung:
E = mc2
• nur gepaart mit ,normalen‘ Teilchen:
• Teilchen - Antiteilchen Paarerzeugung
Kristof Schmieden
23
Antiteilchen
• Verhalten sich wie Teilchen, jedoch mit entgegengesetzter el. Ladung
• gleiche Masse, Spin, Parität ...
• Erzeugung:
E = mc2
• nur gepaart mit ,normalen‘ Teilchen:
• Teilchen - Antiteilchen Paarerzeugung
• Erhaltungsgrößen:
• Leptonzahl → Neutrinoloser doppel-Beta Zerfall
• Baryonzahl (Proton, Neutron, ...) → Baryogenesis / Protonzerfall
• B-L (In allen Theorien erhalten)
Kristof Schmieden
23
Antiteilchen und das Vakuum
• Paarerzeugung:
• Heisenbergsche Unschärferelation:
Kristof Schmieden
E = mc
E·
t
2
~
2
24
Antiteilchen und das Vakuum
• Paarerzeugung:
• Heisenbergsche Unschärferelation:
E = mc
E·
t
2
~
2
• Für kurze Zeit kann genug Energie „geborgt“ werden um Teilchen - Antiteilchen
Paare zu erzeugen:
Größenordnung:
Zeit Intervall
• Vakuumfluktuation
~
⇠
t=
E
~c
⇠
x=c t=
E
Räumlicher Abstand
Kristof Schmieden
24
Antiteilchen und das Vakuum
• Paarerzeugung:
• Heisenbergsche Unschärferelation:
E = mc
E·
t
2
~
2
• Für kurze Zeit kann genug Energie „geborgt“ werden um Teilchen - Antiteilchen
Paare zu erzeugen:
• Keine absolute Ruhe in
physikalischen Systemen!
• Nullpunktsenergie
Größenordnung:
Zeit Intervall
• Vakuumfluktuation
~
⇠
t=
E
~c
⇠
x=c t=
E
Räumlicher Abstand
Kristof Schmieden
24
Antiteilchen und das Vakuum
• Paarerzeugung:
E = mc
• Heisenbergsche Unschärferelation:
E·
t
2
~
2
• Für kurze Zeit kann genug Energie „geborgt“ werden um Teilchen - Antiteilchen
Paare zu erzeugen:
• Keine absolute Ruhe in
physikalischen Systemen!
• Nullpunktsenergie
Größenordnung:
Zeit Intervall
• Vakuumfluktuation
~
⇠
t=
E
~c
⇠
x=c t=
E
Räumlicher Abstand
Virtuelle Teilchen
Kristof Schmieden
24
Vakuumfluktuationen
Kristof Schmieden
25
Vakuumfluktuationen
[9]
• Casimir Effekt:
• Messbarer äußerer Druck auf Metall platten
Fc
2⇡~c
pc =
=
A
240 · d4
• ~1 bar @ d = 11nm
Alle Wellenlängen
(Energien) möglich
Nur passende
Wellenlängen möglich
Kristof Schmieden
25
Vakuumfluktuationen
[9]
• Casimir Effekt:
• Messbarer äußerer Druck auf Metall platten
Fc
2⇡~c
pc =
=
A
240 · d4
• ~1 bar @ d = 11nm
Alle Wellenlängen
(Energien) möglich
Nur passende
Wellenlängen möglich
• Elektron polarisiert Vakuumfluktuationen!
•
Gemessene el. Ladung = ,nackte‘ Ladung + Polarisation
‣ Scheinbare el. Ladung abhängig vom Abstand!
‣ „laufende“ elektromagnetische Kopplungsstärke
Kristof Schmieden
25
Vakuumfluktuationen
[9]
• Casimir Effekt:
• Messbarer äußerer Druck auf Metall platten
Fc
2⇡~c
pc =
=
A
240 · d4
• ~1 bar @ d = 11nm
Alle Wellenlängen
(Energien) möglich
Felder
Wie konnte man die Wechselwirkung zwischen Elektronen un
Nur passende
Photonen berechnen?
Wellenlängen möglich
‘Zweite Quantisierung’ :
Felder werden durch Erzeugungs- und Vernichtsoperatoren beschriebe
• Elektron polarisiert Vakuumfluktuationen!
•
Gemessene el. Ladung = ,nackte‘ Ladung + Polarisation
‣ Scheinbare el. Ladung abhängig vom Abstand!
‣ „laufende“ elektromagnetische Kopplungsstärke
Kristof Schmieden
25
Vakuumfluktuationen - Berechnung?
Felder
zweier Elektronen?
• Wie berechnet man die Interaktion
1934 - 1948
Feynman, Schwinger,
Tomonoga, Dyson:
1934-1948
Lösung: Quantisierung des Elektromagnetischen Feldes (2. Quantisierung)
•Quanten-Elektrodynamik
“Renormalisation”
• Photonen entsprechen den Feld-Quanten
• Feld-Quanten übertragen Kraft - Botenteilchen (oder: Austauschteilchen)
(“unendlich” - “unendlich” = “endlich”)
• Virtuelle Teilchen: Nicht beobachtbar (zu kurzlebig)
Nacktes Elektron + Vakuum-Fluktuationen = beobachtbares Elektron
Feynman Diagramme
Präzise Berechnungsvorschriften in graphischer Form
[10]
Kristof Schmieden
26
Elektro-magnetische
WW wird Virtuell
Alles
Photon ist Austauschteilchen
Teilchen
• Virtuelle
masselos
wie viele?
• Aber
unendliche
Reichweite
Lösung:
“Renormierung”
derniedrigen
Graphen auf eine bestimmte Energie
Starke
WW (Bild bei
“unendlich”
Energien–<“unendlich”
1 GeV) = “endlich“
1. Beispiel:
anomales
magnetische Moment des Elektrons
Pionen
sind Austauschteilchen
• Feynman Graphen für QED Korrekturen
Übereinstimmung Theorie – 2Experiment auf <10-10 genau
massiv, ~ 140 MeV/c
endliche Reichweite (~ Größe des
Atomkerns, ~1.4 fm)
+
Hauptgraph
+
Zweite Ordnung
Vierte Ordnung
2. Beispiel: Lambshift (1948)
Verschiebung der atomaren Energieniveaus
• Elektron Selbstenergie
• Wird ∞
Lehrerfortbildung CERN, Oktober 2015 – Teilchenphysik 1
Michael Hauschild (CER
• Unendlich Viele → Rechenergebnisse = Unendlich
• Betrachte nur Teilchen bis zu einer Gewissen Energie („Renormierung“)
Lehrerfortbildung CERN, Oktober 2015 – Teilchenphysik 1
Michael Hauschild (CERN), Seite 23
• Ergebnisse werden endlich → physikalisch Bedeutsam!
• ALLE Ergebnisse der Quantenfeldtheorie sind Näherungen
Kristof Schmieden
27
Näherungen können sehr präzise sein
• Anomales magnetisches Moment des Elektrons:
• Experimentell: 1,1‰ Abweichung von Dirac-Theorie
• Beschrieben durch QED
• Heute: Übereinstimmung von 10-12 zwischen Experiment & Theorie!
Kristof Schmieden
1946
28
Näherungen können sehr präzise sein
• Anomales magnetisches Moment des Elektrons:
• Experimentell: 1,1‰ Abweichung von Dirac-Theorie
• Beschrieben durch QED
• Heute: Übereinstimmung von 10-12 zwischen Experiment & Theorie!
• Lamb Shift
Felder
1948
1946
1948
Aufspaltung des (entarteten) 2s / 2p Niveaus im H-Atom
Riesenerfolg
QED: Korrekte Berechnung der Vakuumfluktuationen
Erklärt
durchder
QED
Kristof Schmieden
Lamb Shift
28
QED bleibt präziseste
physikalische Theorie
Gibt es noch andere
Kräfte?
Kristof Schmieden
29
Was hält Protonen und Neutronen zusammen?
• Kraft die
• Stärker als Coulomb Abstoßung ist
• Kurzreichweitig (Bestimmt Atomkerngröße)
• Austausch von schweren Teilchen: Pion
• Vorhergesagt von Yukawa:
VCoulomb =
VYukawa =
Yukawa: 1935
g
21
r
mr
e
g2
r
[11]
Kristof Schmieden
30
Was hält Protonen und Neutronen zusammen?
• Kraft die
• Stärker als Coulomb Abstoßung ist
• Kurzreichweitig (Bestimmt Atomkerngröße)
• Austausch von schweren Teilchen: Pion
• Vorhergesagt von Yukawa:
Yukawa: 1935
VCoulomb =
VYukawa =
g
21
r
mr
e
g2
r
• Entdeckung in Höhenstrahlung:
Powell / Perkins: 1947
e
π
µ
MPion = 140 MeV
Reichweite:
E·
t
~
2
~ 10-15 m
• Klein im Vergleich zum
Atomkern
• Erklärt konst.
[11]
Kristof Schmieden
Bindungsenergie pro Nukleon!
30
Die Teilchenwelt um ~1950
Elektron, Myon, Proton, Neutron, Photon, Pion
• Elementare Teilchen:
• (Neutrino Vorhergesagt zur Erklärung des Beta-Zerfalls)
• Konzept von Anti-Teilchen
• Wechselwirkungen:
• Kraftwirkung durch Botenteilchen
Elektromagnetismus, starke Kernkraft
• Quantenmechanik & Quantenfeldtheorie
• Vollständig Beschrieben:
Kristof Schmieden
entwickelt
E·
t
~
2
Elektromagnetismus durch QED
31
Literaturverzeichnis
[2] Rainer Müller - Eigene Grafik, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8742784
[3] Von Kurzon - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32422326
[4] By Sch (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/
copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons
[5] Economist: http://www.economist.com/blogs/graphicdetail/2012/07/daily-chart-1
[6] CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=75046
[7] http://www.orbitals.com/orb/
[8] C. Anderson, PhysRev.43.491, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.43.491
[9] Own work by uploader Emokderivative work: WikiMichi (talk) - Casimir plates.svg, CC BY-SA 3.0, https://
commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8900709
[10] http://www.cosmiq.de/qa/show/934946/wie-funktionieren-austauschteilchen/
[11] Determination of the energy measurement accuracy for charged particles by their range in nuclear photoemulsion
A.S. Barabash (Moscow, ITEP) et al.. Nov 2012. 8 pp. Phys.Inst. 39 (2012) 300-304 http://arxiv.org/abs/1211.1471v2
[12] ATLAS-CONF-2013-041, https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2013-041/
[13] M. Breidenbach, J. I. Friedman, H. W. Kendall, et. al. Phys. Rev. Lett. 23, 935
[14] Von MissMJderivative work: Polluks (talk) - Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg, CC BY 3.0, https://
commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11307906
Kristof Schmieden
32
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