Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik

Das Lehrbuch gibt eine umfassende Einführung in die theoretischen Grundlagen und experimentellen Methoden der Kern- und Elementarteilchenphysik. Dabei werden durch eine einheitliche Beschreibungsweise die Parallelen zwischen beiden Gebieten aufgezeigt.

Autorentext
Nach Studium und Promotion an der Universität Bonn begann Hartmut Machner eine Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungszentrum Jülich. Es folgten eine Vertretungsprofessur an der Universität Bremen und eine Gastprofessur an der University of Witwatersrand in Johannesburg, Südafrika. Hartmut Machner begann seine Vorlesungstätigkeit 1994 an der Universität Duisburg-Essen, von der er im Jahr 2000 zum Honorarprofessor ernannt wurde.

Klappentext

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.

Inhalt
HISTORISCHE ANFÄNGE
Aufgaben

GLOBALE EIGENSCHAFTEN VON KERNEN UND NUKLEONEN
Massen, Bindung
Streuexperimente
Quantenmechanik der Streuung
Elastische Elektronenstreuung an Kernen
Streuung leichter Ionen an Kernen
Elektromagnetische Momente
Ladungsverteilung der Nukleonen
Partonen
Partialwellenzerlegung
Alpha-Zerfall
Halbklassische Beschreibung
Die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung
Aufgaben

KERNMODELLE
Fermi-Gas-Modell
Tröpfchenmodell
Das Schalenmodell
Deformierte Kerne
Das optische Modell
Einteilchen-Anregungen
Kollektive Anrungen
Aufgaben

UNGEBUNDENE SYSTEME, SYMMETRIEN
Resonanzen in Kernen
Riesenresonanzen
Erhaltungsgrößen
Eigenschaften der Feldteilchen
Empirische Erhaltungssätze
Das Pi-Nukleon-System
Resonanzen im Pi-Pi System
Die Strangeness
Eta-Zerfälle und die C-Konjugation
Aufgaben

QUARKONIA UND DIE STARKE WECHSELWIRKUNG
Multipletts leichter Quarks
Schwere Quarks
QCD, Jets und Gluonen
Struktur der Nukleonen
Chirale Störungstheorie
Streuung von Hadronen bei hohen Energien
Aufgaben

DIE ELEKTROSCHWACHE WECHSELWIRKUNG
Leptonen
Der Nukleare Beta-Zerfall, Fermi's Theorie
Verletzung der Paritätserhaltung, Helizität der Leptonen
Die V-A-Wechselwirkung
Test der V-A-Theorie
Der neutrale, schwache Strom
Die Feldbosonen der schwachen Wechselwirkung
Schwache Zerfälle von Teilchen mit Strangeness
Verallgemeinerung auf sechs Quarks
Die Vereinheitlichung der elektrischen und der schwachen Wechselwirkung
Eichinvarianz
Oszillation, CP-Verletzung
Neutrinos
Aufgaben

SUCHE NACH DEM HIGGS BOSON
Frühe Suchen
Blick durchs Schlüsselloch
Produktions- und Zerfallskanäle
Experimentelle Prerequisite
Die Entdeckung des Higgs Bosons
Aufgaben

KERNE IN EXOTISCHEN ZUSTÄNDEN
Hyperkerne
Mesonische Atome
Schwerionenphysik bei mittleren Energien
Hoch relativistische Schwerionenreaktionen
Nukleares Brennen, Neutronensterne
Aufgaben

ANHANG

A Fourier Transformationen
B Die Raum-Zeit
C Kinematik und Phasenraum
D Addition von Drehimpulsen
E Die Dirac-Gleichung
F Matrixelemente aus Feynman-Graphen
G Generatoren für die Gruppe SU(3)
H Quantenzahlen der Mesonen
I Teilchen im Standardmodell

Literaturverzeichnis
Index