Kap.I Einführung: Aufbau der Materie, Elementare Bausteine
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I. Einführung 1. Aufbau der Materie A Massenzahl= #n + #p A Z XN Z Kernladungszahl = #p N Neutronenzahl = #n Kernradien: RK ≈ 1.22 ⋅ 10−15 m ⋅ A1/ 3 2. Elementare Bausteine Strukturlose, Spin ½ Teilchen: Leptonen + Quarks Q [e] 3 Generationen mc 2 ⎛ν e ⎞ ⎟⎟ e ⎝ ⎠ 0.5 MeV Leptonen ⎜⎜ Quarks < 3eV ⎛ u ⎞ ~ 3 MeV ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ d ⎠ ~ 6 MeV ⎛ν µ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝µ⎠ mc 2 < 3eV 106 MeV ⎛ c ⎞ ~ 1.2 GeV ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ s ⎠~ 100 MeV mc 2 ⎛ν τ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ τ ⎠ 1.78 GeV < 3eV ⎛0⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ − 1⎠ ⎛ t ⎞ ~ 175 GeV ⎛⎜ + 2 3 ⎞⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜ 1 ⎟ ⎝ b ⎠ ~ 4.7 GeV ⎝ − 3 ⎠ Quarks tragen Farbladung: r, g, b Anti-Teilchen mit entgegengesetzter Ladung und Anit-Farbe 1 3. Fundamentale Wechselwirkungen Ort e e Wechselwirkungen zwischen Elementartteilchen werden durch Austauschbosonen vermittelt: γ Austauschboson Bsp. ee Streeung: Photon Feynman-Graphen e e Zeit WW Rel. Stärke Feldquant Spin Masse Reichweite starke 1 8 Gluonen g 1 0 < 1 fm e.m. 10-2 Photon γ 1 0 ∞ schwache 10-7 Gravitation 10-39 W ±, Z Graviton GeV/c2 1 80 / 91 2 0 ~ 10-3 fm ∞ Gravitation kann bei Behandlung von Elementarteilchen vernachlässigt werden Wechselwirkung zwischen Teilchen Teilchen Starke WW e.m. WW Schwache WW ν - - X - X X u-typ Quark X X X D-typ Quark X X X Lepton l- a) E.m. WW: nur zwischen geladenen Teilchen νµ b) Schwache Wechselwirkung: − − Bsp.: Myon-Zerfall µ → e ν eν µ µ− e− W− νe spaeter 2 c) Starke WW: wirkt zwischen Teilchen die Farbladung tragen, d.h. zwischen Quarks. q: r g b ⎯q: ⎯r⎯g ⎯b u u ⎯u ⎯u Gluon trägt selbst Farbe. Quarks bilden gebundene Farbneutrale Zustaende. Einzelne Quarks lassen sich daraus nicht entfernen: Confinement Farblose Bindungszustaende der Quarks = Hadronen 2 Moeglichkeiten: 3 Quark-Systeme / qq Systeme (1) Gebundene qqq Systeme = Baryonen p = uud n = udd Σ + = uus Idee: r + g + b = farblos ∆+ + = uuu (2) Gebundene qq Systeme = Mesonen π + = ud π − = ud K + = us K − = us π0 = 1 2 ( dd Idee: r + r = farblos − uu ) 3 Baryonen: Mesonen: Mesonen mit s (s ) : S = +(-)1 c (c ) : C = +(-)1 b (b) : B = +(-)1 4
