Elementarteilchenphysik

Transkript

1 David Griffiths Einführung in die Elementarteilchenphysik Akademie Verlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort des Übersetzers Vorwort ix xi Einleitung 1 Wie werden Elementarteilchen erzeugt! 4 Wie werden Elementarteilchen nachgewiesen? 7 Einheiten 9 Literaturhinweise und Anmerkungen 10 1 Historische Einführung in die Elementarteilchen Die klassische Ära ( ) Das Photon ( ) Mesonen ( ) Antiteilchen ( ) Neutrinos ( ) Seltsame Teilchen ( ) Der Achtfache Weg ( ) Das Quarkmodell (1964) Die Novemberrevolution" und ihre Auswirkungen ( ) Intermediäre Vektorbosonen (1983) Das Standardmodell (1978-?) 50 Literaturhinweise und Anmerkungen 52 Aufgaben 56 2 Die Dynamik von Elementarteilchen Die vier Kräfte Quantenelektrodynamik (QED) Quantenchromodynamik (QCD) Die Schwache Wechselwirkung Leptonen Quarks Schwache und elektromagnetische Kopplungen von W und Z. 78

3 Inhaltsverzeichnis 2.5 Zerfälle und Erhaltungssätze Ansätze zur Vereinheitlichung 83 Literaturhinweise und Anmerkungen 85 Aufgaben 85 3 Relativistische Kinematik Lorentztransformationen Vierervektoren Energie und Impuls Stöße Beispiele und Anwendungen 101 Literaturhinweise und Anmerkungen 109 Aufgaben Symmetrien Symmetrien, Gruppen und Erhaltungssätze 115, 4.2 Spin und Bahndrehimpuls Addition von Drehmomenten Spin Flavor-Symmetrien Parität Ladungskonjugation CP-Verletzung Zeitumkehr und CPT-Theorem 147 Literaturhinweise und Anmerkungen 149 Aufgaben Gebundene Zustände Die Schrödingergleichung für ein Zentralpotential Das Wasserstoffatom Feinstruktur Die relativistische Korrektur Spin-Bahn-Kopplung Die Lamb-Verschiebung Hyperfeinstruktur Positronium Quarkonium Mesonen aus leichten Quarks Baryonen Baryonmassen und magnetische Momente 198 Literaturhinweise und Anmerkungen 202 Aufgaben 204

4 In h a,j tsverzeichnis vii 6 Der Feynman-Kalkül Lebensdauern und Wirkungsquerschnitte Die Goldene Regel Die Feynman-Regeln für eine Spielzeug"-Theorie Die Lebensdauer des A Streuung Diagramme höherer Ordnung 227 Literaturhinweise und Anmerkungen 2.31 Aufgaben Quantenelektrodynamik Die Dirac-Gleichung Lösungen der Dirac-Gleichung Bilineare Kovarianten Das Photon Die Feynman-Regeln für die Quantenelektrodynamik Beispiele Casimirs Trick und die Spurtheoreme Wirkungsquerschnitte und Lebensdauern Renormierung 270 Literaturhinweise und Anmerkungen 275 Aufgaben Die Elektrodynamik von Quarks und Hadronen Elektron-Quark-Wechselwirkung Hadronerzeugung in e + e~-kollisionen Elastische Elektron-Proton-Streuung Inelastische Elektron-Proton-Streuung Das Partonmodell und das Bjorken-Skalenverhalten Quark-Verteilungsfunktionen 300 Literaturhinweise und Anmerkungen 304 Aufgaben Quantenchromodynamik Die Feynman-Regeln für die Chromodynamik Die Quark-Quark-Wechselwirkung Paarvernichtung in der QCD Asymptotische Freiheit Anwendungen der QCD 324 Literaturhinweise und Anmerkungen 325 Aufgaben Die schwache Wechselwirkung Geladene schwache Wechselwirkungen von Leptonen Der Zerfall des Myons Der Zerfall des Neutrons 340

5 vill Inhaltsverzeichnis 10.4 Der Zerfall des Pions Geladene schwache Wechselwirkungen von Quarks Neutrale schwache Wechselwirkungen Elektroschwache Vereinheitlichung Chirale Fermion-Zustände Schwacher Isospin und Hyperiadung Elektroschwache Mischung 369 Literaturhinweise und Anmerkungen 371 Aufgaben Eichtheorien Die Lagrangesche Formulierung der klassischen Teilchenmechanik Lagrange-Funktionen in der relativistischen Feldtheorie Lokale Eichinvarianz Yang-Mills-Theorie Die Chromodynamik Die Feynman-Regeln Der Massenterm Spontane Symmetriebrechung Der Higgs-Mechanismus 402 Literaturhinweise und Anmerkungen 405 Aufgaben 406 A Die Diracsche Deltafunktion 411 B Zerfallsraten und Wirkungsquerschnitte 415 C Pauli- und Dirac-Matrizen 417 C.l Pauli-Matrizen 417 C.2 Dirac-Matrizen 417 D Die Feynman-Regeln (Baum-Niveau) 419 D.l Externe Linien 419 D.2 Propagatoren 419 D.3 Vertexfaktoren 419 Index 423