Elementarteilchenphysik von den Grundlagen zu den modernen Experimenten ; mit 56 Tabellen und 88 Übungen mit Lösungshinweisen

Dieses Lehrbuch bietet, von den Grundlagen zu den modernen Experimenten, eine systematische Einführung bis hin zu den jüngsten Entwicklungen des Gebiets. Experimentelle Hilfsmittel wie Beschleuniger und Detektoren werden zu Beginn besprochen. Dann folgen die Symmetrieprinzipien und ihre Anwendungen. Im folgenden wird das Standardmodell entwickelt, das die heutige experimentelle und theoretische Diskussion weitgehend beherrscht. Hierzu werden wesentliche Bereiche der Quantenelektrodynamik, des Quarkmodells, der Quantenchromodynamik und der elektroschwachen Theorie erläutert. Die neuen Experimente zur Entdeckung des Higgs-Bosons und zur Neutrinophysik werden ausführlich behandelt, bevor die Frage nach möglichen Erweiterungen des Standardmodells im Lichte der jüngsten experimentellen Ergebnisse untersucht wird. Das Lehrbuch ist ansprechend gestaltet, 88 Übungen mit Lösungshinweisen dienen der Vertiefung. **Der Autor** Christoph Berger, geboren 1939, Promotion Bonn 1968, Habilitation 1973 Aachen. Von 1974 bis 2004 Professor für Hochenergiephysik an der RWTH-Aachen. Verschiedene Forschungsaufenthalte am DESY, CERN und der Cornell-University. Vorwort zur dritten Auflage 5 Vorwort zur zweiten Auflage 6 Vorwort 7 Inhaltsverzeichnis 9 1 Überblick und Hilfsmittel 13 1.1 Strukturen der Materie 15 1.2 Die Elementarteilchen 30 1.3 Wirkungsquerschnitte und Zerfallsraten 57 1.4 Teilchenbeschleuniger 62 1.5 Detektoren 78 2 Die Streumatrix und ihre Symmetrien 90 2.1 Die Streumatrix 92 2.2 Drehungen in drei Dimensionen 106 2.3 Drehungen und Verschiebungen in vier Dimensionen 119 2.4 Anwendungen 125 2.5 Spiegelungen und Paritätsinvarianz 143 2.6 Die Zeitumkehr 153 2.7 Innere Symmetrien I 157 2.8 Innere Symmetrien II, Isospin und SU2 177 3 Elementare Quantenelektrodynamik 189 3.1 Dirac-Gleichung und Feynman-Regeln 191 3.2 Basis-Reaktionen der QED 215 3.3 Prozesse höherer Ordnung 238 4 Hadronen in der Quantenchromodynamik 250 4.1 Quarks mit Farbe 253 4.2 Farbdynamik 263 4.3 Der Aufbau der Hadronen 272 4.4 Die chromodynamische Hyperfeinstruktur 292 4.5 Elektromagnetische und starke Zerfälle von Hadronen 296 4.6 Neue schwere Quarks 308 5 Elektronen und Quarks 323 5.1 Elektron-Positron-Annihilation in Hadronen 325 5.2 Die elastische Elektron-Nukleon-Streuung 338 5.3 Inelastische Elektron-Nukleon-Streuung 346 5.4 Zwei-Photonen-Physik 367 6 Von der schwachen zur elektroschwachen Wechselwirkung 376 6.1 Schwache Wechselwirkung von Leptonen 378 6.2 Schwache Wechselwirkung von Quarks 386 6.3 Die elektroschwache Wechselwirkung 405 7 Das Standard-Modell 416 7.1 Die Neutrino-Elektron-Streuung 418 7.2 Die e-e+-Vernichtung in Fermion-Antifermion-Paare 422 7.3 Die Elektron-Nukleon-Streuung bei Berücksichtigung des Z- und W-Austausches 429 7.4 Die Erzeugung des W-Bosons in Quark-Antiquark-Stößen 432 7.5 Die Produktion des top-Quarks in Hadron-Hadron-Stößen 436 7.6 Intermezzo: Die Hadron-Hadron-Streuung 437 7.7 Higgs-Bosonen 444 7.8 CP-Verletzung im Standard-Modell 457 7.9 Neutrinomassen und Neutrino-Oszillationen 467 7.10 Jenseits des Standard-Modells 483 8 Lösungshinweise zu den Übungsaufgaben 510 8.1 Kapitel 1 512 8.2 Kapitel 2 513 8.3 Kapitel 3 516 8.4 Kapitel 4 518 8.5 Kapitel 5 519 8.6 Kapitel 6 521 8.7 Kapitel 7 522 Literatur 524 Sachverzeichnis 532 Systematische Einführung, von den Grundlagen zu den modernen Experimenten bis zu den jüngsten Entwicklungen des Gebiets. Experimentelle Hilfsmittel wie Beschleuniger und Detektoren werden zu Beginn besprochen. Dann folgen die Symmetrieprinzipien und ihre Anwendungen. Neueste experimentelle Ergebnisse zur Neutrinophysik und zur Verletzung der CP-Symmetrie werden behandelt, bevor die Frage nach möglichen Erweiterungen des Standardmodells gestellt wird. Ansprechende Gestaltung mit 88 Übungen und Lösungshinweisen. Front Matter....Pages I-XIV Überblick und Hilfsmittel....Pages 1-77 Die Streumatrix und ihre Symmetrien....Pages 79-177 Elementare Quantenelektrodynamik....Pages 179-239 Hadronen in der Quantenchromodynamik....Pages 241-313 Elektronen und Quarks....Pages 315-367 Von der schwachen zur elektroschwachen Wechselwirkung....Pages 369-408 Das Standard-Modell....Pages 409-502 Lösungshinweise zu den Übungsaufgaben....Pages 503-516 Back Matter....Pages 517-528 Systematische Einfuhrung, von den Grundlagen zu den modernen Experimenten bis zu den jungsten Entwicklungen des Gebiets. Neueste experimentelle Ergebnisse zur Neutrinophysik und zur Verletzung der CP-Symmetrie werden behandelt, bevor die Frage nach moeglichen Erweiterungen des Standardmodells gestellt wird.