Elementare Teilchen: Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Modell (Springer-Lehrbuch) (German Edition)

Grundthema ist die Suche nach den letzten Bausteinen der Materie mit den Mitteln der Physik. Die bahnbrechenden Funde, die dabei seit Beginn des 20. Jahrhunderts gemacht werden konnten, zeigten die Grenzen der Klassischen Physik und zwangen zu neuen physikalischen Begriffsbildungen. Die nun einsetzende Moderne Physik hat sich mit ihrem schrittweise entstehenden neuen Bild von der Welt in wissenschaftlicher, philosophischer, technologischer, militärischer, politischer, gesellschaftlicher Hinsicht schon aufs deutlichste ausgewirkt, doch ist die Entwicklung noch keineswegs abgeschlossen. Die folgenden 15 Kapitel sollen verständlich machen, wie das physikalische Weltbild heute aussieht und, vor allem, warum es so und nicht anders entstanden ist: von der Entdeckung der Radioaktivität bis zum Standard-Modell der Elementarteilchenphysik, im ständigen Wechselspiel zwischen etablierten theoretischen Modellen, bestätigenden oder widersprechenden experimentellen Befunden, zunächst umstrittenen neuen Begriffsbildungen, verbesserten Experimenten und so weiter. Gerade wegen der oft befremdlichen Neuartigkeit der gewonnenen Erkenntnisse und ihrer grundlegenden Bedeutung wird eine nachvollziehende Art der Darstellung angestrebt, ohne jedoch in der Historie zu versinken. In der Annahme, dass die Schwierigkeiten von heute häufig den Widerständen ähneln, mit denen seinerzeit die Entdecker der neuen Konzepte, bei sich selber und in der Fachwelt, zu kämpfen hatten, wird hier stärker als in anderen Lehrbüchern der Prozess der Herausbildung der Neuerungen verarbeitet. Zum Glück lassen sich hier (besser als vielleicht anderswo in der modernen Physik) die derzeit gültigen Erkenntnisse gut im Kontext ihrer schrittweisen Erarbeitung darstellen und verstehen. Welchen besonderen Nutzen hat das Buch fuer den Leser? (aus Kap. 0.2): Ziel ist, auf diese Weise ein profunderes physikalisches Verständnis für die schwierigen Befunde und Begriffe zu fördern, die für die Erforschung des Mikrokosmos erarbeitet werden mussten. Obgleich sie nicht selten revolutionär anmuteten, sind sie heute auch aus der angewandten Physik oder sogar dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Damit kann diese Darstellung auch eine lehrreiche Schule sein im Hinblick auf das Verstehen der Physik als einer dynamischen Naturwissenschaft, auch heute in ständiger Weiter-Entwicklung begriffen. Der aktuelle Wissensstand der Kern- und Elementarteilchenphysik hat eine wechselvolle Entstehungsgeschichte, oft gekennzeichnet durch schockierend neue Begriffsbildungen, die sich bis heute den Physik-Studierenden oft nur unter Mühen erschließen. Dieses Buch nutzt die kontroversen und zugleich lehrreichen Entwicklungsprozesse selber für den Zugang zu den schwierigen neuen Konzepten. Es macht verständlich, wie das physikalische Bild von den kleinsten Teilchen heute aussieht und warum es so und nicht anders entstanden ist: Vom Nachweis der Existenz der Atome bis zum derzeitigen Standard-Modell der Elementarteilchenphysik, in einem ständigen Wechselspiel zwischen etablierten theoretischen Modellen, bestätigenden oder widersprechenden experimentellen Befunden, zuweilen umstrittenen neuen Begriffsbildungen, verbesserten Experimenten usw. - ein Prozess, der sicher auch künftig weiter geht. Leitschnur der Darstellung ist eine auch im Detail möglichst nachvollziehbare Argumentation. Physik-Studierende vor ihrem B.Sc.-Abschluss werden sich Kenntnisse über die subatomare Physik aneignen können, die zum Allgemeinwissen ihres Fachs zählen. Auch für Physik-Lehrende an Schulen oder Hochschulen dürfte diese neue Darstellung interessant sein. Der aktuelle Wissensstand der Kern- und Elementarteilchenphysik hat eine wechselvolle Entstehungsgeschichte, oft gekennzeichnet durch schockierend neue Begriffsbildungen, die sich bis heute den Physik-Studierenden oft nur unter Mühen erschließen. Dieses Buch nutzt die kontroversen und zugleich lehrreichen Entwicklungsprozesse selber für den Zugang zu den schwierigen neuen Konzepten. Es macht verständlich, wie das physikalische Bild von den kleinsten Teilchen heute aussieht und warum es so und nicht anders entstanden ist: Vom Nachweis der Existenz der Atome bis zum derzeitigen Standard-Modell der Elementarteilchenphysik, in einem ständigen Wechselspiel zwischen etablierten theoretischen Modellen, bestätigenden oder widersprechenden experimentellen Befunden, zuweilen umstrittenen neuen Begriffsbildungen, verbesserten Experimenten usw. - ein Prozess, der sicher auch künftig weiter geht. Leitschnur der Darstellung ist eine auch im Detail möglichst nachvollziehbare Argumentation. Physik-Studierende vor ihrem B. Sc.-Abschluss werden sich Kenntnisse über die subatomare Physik aneignen können, die zum Allgemeinwissen ihres Fachs zählen. Auch für Physik-Lehrende an Schulen oder Hochschulen dürfte diese neue Darstellung interessant sein Front Matter....Pages i-xxiii Zur Einführung: Atome, und die zwei ersten wirklichen Elementarteilchen....Pages 1-21 Radioaktive Strahlen und der Weg ins Innere der Atome....Pages 23-45 Entdeckung des Atomkerns....Pages 47-74 Masse und Bindungsenergie der Kerne, Entdeckung von Proton und Neutron....Pages 75-119 Stoßprozesse quantenmechanisch....Pages 121-156 Physik der Radioaktiven Strahlen....Pages 157-250 Struktur der Kerne: Spin, Parität, Momente, Anregungsformen, Modelle....Pages 251-333 Nukleare Energie, Entwicklung der Sterne, Entstehung der Elemente....Pages 335-380 Photon und Elektron – was Elementarteilchen sind und wie sie wechselwirken: Die Quantenelektrodynamik....Pages 381-425 Das Elektron als Fermion und Lepton....Pages 427-479 Teilchenzoo der Hadronen....Pages 481-535 Schwache Wechselwirkung und gebrochene Symmetrien....Pages 537-583 Quarks, Gluonen, Starke Wechselwirkung....Pages 585-632 Standard-Modell der Elementarteilchenphysik....Pages 633-663 Zwölf wesentliche Ergebnisse der Elementarteilchenphysik....Pages 665-688 Back Matter....Pages 689-736 Die Suche nach den letzten Bausteinen der Materie mit den Mitteln der Physik führten seit Beginn des 20. Jahrhunderts zu bahnbrechenden Funden. Diese zeigten die Grenzen der klassischen Physik auf und zwangen zu neuen physikalischen Begriffsbildungen. Die moderne Physik hat sich mit ihrem schrittweise entstehenden neuen Bild von der Welt in wissenschaftlicher, philosophischer, technologischer, militärischer, politischer, gesellschaftlicher Hinsicht schon aufs deutlichste ausgewirkt – doch diese Entwicklung ist noch keineswegs abgeschlossen.