Kap.I Einführung: Aufbau der Materie, Elementare Bausteine

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
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