Kern- und Teilchenphysik

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1 Kern- und Teilchenphysik Johannes Blümer SS2012 Vorlesung-Website KIT-Centrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik KCETA KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 v8 15. Mai 2012 Kernmodelle Forts.; Radioaktivität Kernmodelle Tröpfchenmodell ( ) Fermigas-Modell Schalenmodell Radioaktivität Zerfallsgesetz Partialbreite, totale Breite, Breit-Wigner-Verteilung Poissonstatistik Alpha-Zerfall Beta-Zerfall Gamma-Zerfall 2 KT2012 Johannes Blümer IKP in KCETA

3 Tröpfchenmodell [B-N] M(A, Z) = NM n + ZM p + Zm e a v A + A s A 2/3 + a c Z 2 + a a (N Z) 2 4A + δ A 1/2 konstante Dichte kurze Reichweite Sättigung Deformierbarkeit Oberflächenspannung A 1/3 Stabilität, spontane Spaltung mittl. freie Weglänge der Nukleonen?! Fermigas! 3 A

4 4 Fermigas-Modell z.b. Povh Kap Protonpotential Neutronpotential Protonen Neutronen B E P F E n F

5 5 Fermibewegung der Nukleonen

6 6 Schalenmodell oder N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 magische Zahlen Z oder N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 zielle Eigenschaften: - hohe Bindungsenergien, Separationsenergien - viele Isotope (Isotone) bei gleichem Z (N) - relative Häufigkeit der Kerne - hohe Anregungsenergie - kleine n-einfangquerschnitte - ß-Zerfall nergien / Separationsenergien otone) bei gleichem Z (N) it der Kerne energie des en Zustands querschnitte Z=82 Z=50 N=126 [Drexlin] doppelt magische Kerne Z=28 N=82 Z Z=20 N=50 Z=8 Z=2 N=2 N=8 N=20 N=28 stabil N Maria Goeppert-Mayer ( ) Nobelpreis 1963

7 7 Kernspektroskopie Kernreaktionen Grundlagen Beispiel einer inelastischen Kernreaktion: Bestimmung der Energien angeregter Niveaus 8000 p Ereignisse C fehlende Energie [MeV] p

8 8 Schalenmodell das Schalennmodell zur Erklärung der magischen Zahlen basiert auf dem Woods-Saxon Potenzial V(r), das zwischen dem 40 Oszillator- & Kastenpotenzial mittelt wesentlicher Faktor zur Erklärung der Schalenabschlüsse: Spin-Orbit Kopplung l s eines Nukleons für j = l + ½ : V(r) + ½ V ls (r) l für j = l - ½ : V(r) ½ V ls (r) (l +1) E ~ 2 l +1 Kernphysik: sehr große Niveau-Aufspaltung 1p 1p 1/2 1p 3/ p 2f 1h 3s 2d 1g 2p 1f 2s 1d 1p 0 1s V(r) p 1/2 2f 5/2 3p 3/2 1i 13/2 1h 9/2 2f 7/2 3s 1/2 2d 3/2 1h 11/2 2d 5/2 1g 7/2 1g 9/2 2p 1/2 1f 5/2 2p 3/2 1f 7/2 1d 3/2 2s 1/2 1d 5/2 1p 1/2 1p 3/2 1s 1/2

9 Radioaktivität Zerfallsgesetz Partialbreite, totale Breite, Breit-Wigner-Verteilung Poissonstatistik Alpha-Zerfall Beta-Zerfall Gamma-Zerfall 9 KT2012 Johannes Blümer IKP in KCETA

10 10 Abb. 2.1 Die Fotoplatte mit den ersten Spuren der Radioaktivität (Quelle: Henri Becquerels Nobelpreis-Rede 1903)

11 11 Entdeckung des radioaktiven Zerfallsgesetzes [B-N: Rutherford 1900]

12 12 Barium! [Hahn & Strassmann 1939]

13 13 Zerfallsgesetz

14 14 Partialbreite, totale Breite, Breit-Wigner-Verteilung