Frage: was sind die wesentlichen Aussagen der QCD und wie werden sie getestet?

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1 Frage: was sind die wesentlichen Aussagen der QCD und wie werden sie getestet? Antworten: a) die starke Wechselwirkung wird durch den Austausch von Gluonen vermittelt, die an alle Teilchen mit Farbladung koppeln proportional der starken Ladung sqrt( α s ). Es gibt eien 3-wertige Farbladung b) Gluonen haben masse =0, Spin = 1 und sie tragen selber Farbladung! Das heisst es gibt auch die selbstwechselwirkung der Gluonen. Der Spin wurde getestet z.b. durch die Winkelverteilungen in 3-jet Ereignissen bei e+e- ==> q qbar g c) drei Farbladungen sind experimentell nachgewiesen z.b. durch den Wert des hadronischen Wirkungsquerschnitts in e+e- oder die Verzweigungsverhaeltnisse des W-Bosons. d) Die Selbstwechselwirkung der Gluonen hat gravierende Auswirkungen: 1. Confinement: - beobachtete Hadronen sind farbneutral, es koennen keine freien quarks existieren. - das q q Potential steigt fuer grosse Abstaende unbegrenzt an.==> Fragmentation und Bildung von Jets. Tests: Potential kann experimentell gemessen werden z.b. im Charmonium und Bottonium- System. Jets werden exp. beobachtet. -- die Kopplungskonstante α s haengt von einer Skala ab. Sie ist klein fuer kleien Abstaende bzw. grosse Skalen und waechst unbegrenzt fuer grosse Abstaende bzw. Skalen << 0.2 fm d.h. fuer Abstaende von der Groesse der Hadronen. 3. Wechselwirkungen zwischen Gluonen sind direkt beobachtbar. --- gemessen bei 4-Jet Ereignissen in e+e- -- bei der 2- Jeterzeugung in Hadronischen Kollissonen

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3 Frage: geben Sie Beispiele fuer harte Streuprozesse an denen Hadronen beteiligt sind. Warum lassen sich hierfuer QCD Voraussagen einfach machen? Antworten: a) harte Prozesse sinnd solche bei denen der Propagator eine grosse Skala s,t,u >> 1 GeV 2 hat. e e u Q= c,b,t u e+ g Q= c,b,t W + x*p q u Q d ν e p Tiefinelast. Streuung Erzeugung schwerer Quarks W-Erzeugung Jets bzw. schwere Quarks t = - Q 2 > 1 GeV 2 s = 2* m Q s = m W s= 2* m Q oder s>e T 2 b) Fuer alle diese Prozesse ist α s (s,t) <1, d.h. Stoerungsrechnung ist moeglich. Die Ergebnisse entsprechen in niedrigster Ordnung dem Partonmodell Benoetigt werden hierzu die Impulsverteilungen der Partonen im Hadron, die experimentell gemessen weren muessen z.b. in der tiefinelastischen Streuung. d) die Partonverteilungen haengen schwach von der Skala Q ab: Skalenverletzungen. xu(x,q 2 ) etc.

4 Frage: elementare Bindungszustände in der elektromagnetischen und starken Wechselwirkung - Wie sehen die Feynmadiagramme für das Positonium und das Charmonium aus (incl Ladungen)- - Wie die zugehörigen Potentiale? Was ist gleich, was ist verschieden? -Wann ist das Feynmandiagram für Charmonium sinnvoll, welchen Teil des Potentials beschreibt es? - diskutieren Sie Zahl und Quantenzahlen der Bindungszustände. Antworten: Positronium Charmonium V = m /r V = c α s /r + k*r γ m m g α s α s Das Feynmandiagramm ist nur für kleine Kopplungen sinnvoll, wenn 1-Gluonaustausch dominiert, d.h. bei kleinem r. das 1/r Potential kommt von m g = 0 V r Bei grossem r wird α s gross, es werden viele Gluonen Ausgetauscht und die Selbstwechselwirkung der Gluonen führt zur Ausbildung eines Farbstrings, der durch das linear ansteigende Potential näherungsweise beschrieben wird. Der 3. radial angeregte Zustand (n=3) liegt bereits oberhalb der DD Schwelle kein Bindungszustand mehr.

5 Frage: elementare Bindungszustände in der elektromagnetischen und starken Wechselwirkung - Wie sehen die Feynmadiagramme für das Positonium und das Charmonium aus (incl Ladungen)- - Wie die zugehörigen Potentiale? Was ist gleich, was ist verschieden? -Wann ist das Feynmandiagram für Charmonium sinnvoll, welchen Teil des Potentials beschreibt es? - diskutieren Sie Zahl und Quantenzahlen der Bindungszustände. Antworten: Positronium Charmonium V = m /r V = c α s /r + k*r γ m m g α s α s Ψ Das Feynmandiagramm ist nur für kleine Kopplungen sinnvoll, wenn 1-Gluonaustausch dominiert, d.h. bei kleinem Ψ r. das 1/r Potential kommt von m g = 0 V r Bei grossem r wird α s gross, es werden viele Gluonen Ausgetauscht und die Selbstwechselwirkung der Gluonen führt zur Ausbildung eines Farbstrings, der durch das linear ansteigende Potential näherungsweise beschrieben wird. Der 3. radial angeregte Zustand (n=3) liegt bereits oberhalb der DD Schwelle kein Bindungszustand mehr.

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15 Energiedichte des Universums was ist die kosmische Hintergrundstrahlung? was ist die kritsche Energiedichte? wie gross ist die gemessenen Energiedichte relativ zur kritischen und wie hat man sie gemessen? Wie ist die Energiedichte aufgeteilt? - wieviel ist die uns bekannte baryonische materie - welche Rolle spielt die dunkle Materie Falls die dunkle Materie auf Teilchen zuruechzufuehren ist, welche Eigenschaften muessen die dann haben? Kennen sie moegliche Kandidaten fuer dunkle Materie? Antworten: Antworten: weitgehend weitgehendhomogene homogeneund und isotrope isotropeschwarze schwarzemikrowellenstrahlung mit miteiner einertemperatur Temperaturvon von 33 K. K. Relikt Reliktder derstrahlung Strahlungvom vomurknall Urknalldie die frei freiwurde wurdeals alsatome Atomerekombinierten rekombiniertenund und seither seitherstark stark rotverschoben rotverschobenwurde bei beider derkritischen kritischenenergiedichte Energiedichteerfolgt erfolgtder deruebergang Uebergangvom vomgeschlossenen geschlossenenzum zumoffenen Universum Universum Das Das Verhaeltnis VerhaeltnisEnergiedichte Energiedichtezu zukritischer kritischerdichte Dichteist istω=1±.01. Berechnet Berechnetaus ausder derraeumlichen raeumlichen Verteilung Verteilungder dertemperaturfluktuationen in in der derhintergrundstrahlung (WMAP). (WMAP). Es Es folgt folgt Daraus, Daraus, dass dassdas das Licht Lichtsich sichgeradlinigt geradlinigtausbreitet ausbreitetund und das das Universum Universumdaher daherflach flachist. ist % 4% baryonisch, baryonisch, 26% 26% dunkle dunklematerie Materieca. ca. 70% 70% dunkle dunkleenergie dunkle dunklematerie Materiebildet bildetzuerst zuerstbereiche Bereichehoher hoherdichte (Potentialtoepfe) (Potentialtoepfe) in in welche welchedann danndie die baryonische baryonischematerie Materiehineinfaellt. Sie Sieist istalso fuer fuerdie die Strukturbildung Strukturbildungauf auf grossen grossenskalen Skalenver- antwortlich. antwortlich. Weaklt WeakltInteracting Massive Massive particles particles (WIMPS. (WIMPS. Kandidat: Kandidat: leichtestes leichtestessusy- Teilchen. ver- Teilchen.