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Inhalt 1/51 12 wesentliche Entdeckungen in der Physik der Elementarteilchen Prof. Dr. Jörn Bleck-Neuhaus, Universität Bremen Fachbereich Physik/Elektrotechnik.

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1 Inhalt 1/51 12 wesentliche Entdeckungen in der Physik der Elementarteilchen Prof. Dr. Jörn Bleck-Neuhaus, Universität Bremen Fachbereich Physik/Elektrotechnik Jan 2007 Eine kurze Zusammenfassung von 100 Jahren Forschung

2 Inhalt 2/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen Inhalt

3 Inhalt 3/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie-GesetzeDrei verletzte Symmetrie-Gesetze Inhalt

4 Inhalt 4/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten)Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.ResuméResumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie-GesetzeDrei verletzte Symmetrie-Gesetze Inhalt

5 Inhalt 5/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

6 Inhalt 6/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Mechanik Newton Einstein Newton Coulomb / Lorentz Elektrodynamik Maxwell-Gleichungen I. Die ganze klassische Physik (so zusammengefasst in Feynman Lectures on Physics; Bd. 2)

7 Inhalt 7/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) I. Die ganze klassische Physik Wellenmechanik Wellenfunktion Schrödinger-Gleichung Welle-Teilchen-Dualität Wahrscheinlichkeits-Amplitude Superposition und Interferenz Quantisierung von Energie Impuls Drehimpuls Spin Gebrochene Quantenzahl – und ein wenig von Quanten Ausgangspunkt für die Frage: Was bringen die Elementarteilchen Neues?

8 Inhalt 8/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1.Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

9 Inhalt 9/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Die Existenz von Elementaren Teilchen entwickelte sich von einer philosophischen Idee zur Realität der Experimentellen Physik. Was ist genau genommen ein Elementarteilchen? Ein Teilchen ohne Ausdehnung und ohne innere Struktur Solche Teilchen heißen auch: fundamentale Teilchen Beispiele: Elektron, Photon, Quark Myon, Pion, Neutrino, W-Boson, Z-Boson, Gluon,... Elementare Teilchen sind definierte, genau vermessene Objekte: Masse, Ladung, Spin, Magnetisches Moment – bestimmt mit höchster Genauigkeit z.B. #1: Es gibt Elementarteilchen!

10 Inhalt 10/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Auch der Massenpunkt ist kein Elementar-Teilchen ? Nein: in der klassischen Mechanik ist der Massenpunkt nur ein Näherungskonzept zwecks Vereinfachung der Formeln (z.B. für einen ganzen Planeten in den Formeln der Himmelsmechanik) Elementar-Teilchen mit bestimmten festgelegten Eigenschaften sprengen notwendigerweise den Rahmen der klassischen Physik - denn ihre Gesetze sind invariant in Bezug auf die Skala, (Sie werden z.B. unverändert genutzt für die Planeten wie für die Elektronen im Bohrschen-Atom-Modell.) - denn einen wirklichen Massen-PUNKT kann es nicht geben, (Er hätte ein Gravitationsfeld mit unendlichem Energie-Inhalt und daher auch unendliche Masse – vgl. den klassischen Elektronen-Radius) - und einen ausgedehnten Körper ohne innere Struktur auch nicht. (Da er keine elastische Welle tragen kann, müsste ein kurzer Stoß an seiner Vorderseite sofort – d.h. mit Überlichtgeschwindigkeit - hinten erscheinen.) #1: In der klassischen Physik kann es keine Elementar-Teilchen geben

11 Inhalt 11/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene Typen Es gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

12 Inhalt 12/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) 2 Arten Fermionen für die Materie: das Lepton ( z.B. Elektron: Bestandteil der Atomhüllen) das Quark ( z.B. u und d : Bestandteile der Kern-Materie) 3 Arten Bosonen für die Wechselwirkungen (alias Kraftfelder, Strahlung): das Photon (für den Elektromagnetismus) das Gluon (für die Starke Wechselwirkung, z.B. Kernkraft) das W ± - und Z°-Boson (für die Schwache Wechselwirkung, z.B. ß- Radioaktivität) Die Fermionen erfüllen zwei Erhaltungssätze für die Teilchenzahl: die Zahl der Leptonen bleibt konstant die Zahl der Quarks bleibt konstant Quanten der stabilen Materie Die Bosonen können ohne Beschränkung der Zahl erzeugt oder vernichtet werden Quanten der Strahlungs- oder Kraftfelder Antiteilchen werden mit -1 gezählt => der Kern des Standard-Modells in der Elementarteilchen-Physik #2: Es gibt nur wenige Arten von elementaren Teilchen

13 Inhalt 13/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) #2: Die klassische Physik ? kann zu den Typen von Elementaren Teilchen auch nichts sagen.

14 Inhalt 14/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und Vernichtung Teilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

15 Inhalt 15/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Beispiele: Emission / Absorption von Lichtquanten (Photonen) Erzeugung von Elektronen (oder Positronen) in der ß-Radioaktivität Beginn und Ende der Spuren von ionisierenden Teilchen in der Nebelkammer oder Photoplatten (Erzeugung/Vernichtung von Fermionen: immer im Teilchen-Antiteilchen Paar ) Formalismus der Zweiten Quantisierung: Erzeugung/Vernichtung = Zustands-Änderung von n Teilchen zu (n±1) Operator für Erzeugung eines Teilchens mit Impuls Operator für Vernichtung eines Teilchens mit Impuls der Vakuum-Zustand des Systems : Anwendungsbeispiel : #3: Elementare Teilchen kann man erzeugen und vernichten

16 Inhalt 16/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Im Gegenteil: es gilt das Gesetz von der Erhaltung der Masse, aufgestellt nach sorgfältigsten Messungen im 18. Jhdt., gültig auch für chemische Reaktionen (von grundlegender Wichtigkeit für die Entwicklung der Chemie!) bestätigt (im 19. Jhdt.) auch für biologische Prozesse Erscheinen oder Verschwinden eines materiellen Gegenstands war Zauberei oder Teufelswerk (und wurde entsprechend geahndet). Aber der Massendefekt in den Kernen ? Relativitätstheorie (1905): oder Bei der Bildung des Kerns aus seinen Nukleonen verschwindet die Masse Δm nicht einfach, sondern fliegt als Strahlung fort (z.B. Radioaktivität oder Energie-Abstrahlung der Sonne) #3: Klassische Physik kennt weder Erzeugung noch Vernichtung von Materie.

17 Inhalt 17/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen 8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

18 Inhalt 18/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Jedes Fermion existiert in 2 Formen: Teilchen oder Antiteilchen Teilchen oder Antiteilchen unterscheiden sich lediglich durch das Vorzeichen der Ladung (Ladung jeden Typs). Beispiel der Vernichtungsstrahlung: Folge für ein Paar Teilchen-Antiteilchen zusammen haben sie Ladung Null zusammen können sie verschwinden, ohne einen der Ladungserhaltungssätze zu verletzen: Prozess der Paar-Vernichtung die Energie, der Impuls und der Drehimpuls bleiben dabei erhalten: andere Teilchen (Bosonen) oder Paare Teilchen-Antiteilchen (Fermionen) entstehen und fliegen weg: Vernichtungsstrahlung + - #4: Es gibt Anti-Teilchen

19 Inhalt 19/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) #4: Klassische Physik und Anti-Teilchen? Fehlanzeige

20 Inhalt 20/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

21 Inhalt 21/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Teilchen (einer Sorte) sind nicht nur vollkommen gleich, sondern mehr: ununterscheidbar Frage: welches Elektron wurde herausgenommen – A oder B ?? d.h., sie haben exakt die gleichen Eigenschaften (Masse, Spin, Ladung(en) …) d.h., es ist logisch falsch, ihnen verschiedene Namen (Nummern, Buchstaben,...) zu geben Beispiel: 2 gleiche Fermionen Ein Elektron A in einem Zustand : ψ 1 (Koordinaten A) und ein B im (dazu orthogonalen) Zustand: ψ 2 (Koordinaten B ) 2 Elektronen bilden einen antisymmetrischen 2-Teilchen-Zustand ψ : ψ (Koordinaten A,B ) = ψ 1 ( A ) ψ 2 ( B ) - ψ 1 (B) ψ 2 (A ) Aus diesem System im Zustand ψ kann man mit 100% Sicherheit ein Elektron herausholen im Zustand φ 1 = ( ψ 1 - ψ 2 ) /2 und das andere Elektron bleibt zurück im Zustand φ 2 = ( ψ 1 + ψ 2 ) /2 #5: Teilchen sind ununterscheidbar

22 Inhalt 22/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) den 2-Teilchen-Zustand erzeugen: Vernichtungs-Operator für Zustand φ 1 : ein Elektron im Zustand φ 1 extrahieren: für die Durchführung der Rechnung: das Resultat ergab sich automatisch richtig Ein weiterer Vorteil der 2. Quantisierung: damit ein Teilchen seinen Zustand wechselt bietet sich der Übergangs-Operator ( Quantensprung ) ( wirf eins weg, mach dir ein neues - sind doch identisch! ) #5: Identische Teilchen in 2. Quantisierung kein Platz mehr für die dumme Frage: wo ist das Elektron während des Sprungs?

23 Inhalt 23/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Statistische Mechanik Entropie = Boltzmann-Konst. x log( Anzahl möglicher Realisierungen des gleichen Makro-Zustands ) Zwei Gase: Gibbssches Paradox : diese Entropiezunahme ist falsch N1, P, T, S1N2, P2, T2, S2 Anzahl der Realisationen mit Austausch von Teilchen zwischen beiden Teilvolumen N2, P, T, S2 Lösung per (Koch-)Rezept: (kaum verstanden vor der Entdeckung der Quantenmechanik ): - die Möglichkeiten der Vertauschung gleicher Teilchen einfach nicht beachten - #5: Klassische Physik und ununterscheidbare Teilchen ? gleiche Gase:

24 Inhalt 24/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Resumé: Gleiche Teilchen sind ununterscheidbare Teilchen. Teilchen sind nur verschieden, wenn sie verschiedene physikalische Eigenschaften haben. Vom momentanen Zustand abgesehen, hat ein Teilchen keine Eigenschaft um es von anderen Teilchen der selben Sorte unterscheiden zu können. Es ist schon logisch falsch, einem Teilchen einen Namen (oder Nummer) zu geben um es von anderen der selben Sorte zu unterscheiden. #5: Klassische Physik und ununterscheidbare Teilchen ?

25 Inhalt 25/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

26 Inhalt 26/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Schwache Wechselwirkung zwischen allen Fermionen (und W ±, Z°) bewirkt durch das Boson W ± oder Z°) Elektromagnetische Wechselwirkung zwischen allen Teilchen mit elektrischer Ladung bewirkt durch das Photon γ Starke Wechselwirkung zwischen Quarks (und Gluonen) bewirkt durch das Gluon g Wie lassen diese 3 Wechselwirkungen die uns bekannte Welt entstehen? die Starke WW macht, dass 3 Quarks (uud) das Proton p bilden (das stabil ist, weil es schlicht kein anderes (leichteres) Teilchen gibt, in das es sich umwandeln könnte, ohne einen der Erhaltungssätze zu verletzen) die elektromagnetische WW macht, dass p und e sich binden und ein Atom H bilden (.. das aus dem gleichen Grund stabil ist)... mehr } vereinigt in der elektro-schwachen Wechselwirkung #6: Es gibt nur 3 Arten der Wechselwirkung (und Gravitation)

27 Inhalt 27/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) (Forts.) die elektromagnetische WW macht, dass 2 Atome H sich anziehen um ein Molekül H 2 zu bilden (obwohl sie elektrisch neutral sind) Auf ähnliche Weise macht die Starke WW, dass Protonen (uud) und Neutronen (udd) sich anziehen (obwohl sie neutral sind für die Starke WW), um Kerne zu bilden (stabil nur aus dem selben Grund wie vorher) die elektromagnetische WW macht, dass ein Kern mit Z Protonen eine gleiche Anzahl Elektronen anzieht und so ein Atom des Elements Z bildet die elektromagnetische WW bewirkt alle Arten der chemischen Bindung und bestimmt alle ihre Eigenschaften (Typ ionisch...kovalent, Bindungs- Energie, Bindungs-Abstände und Orientierung, Elastizität, chemische Valenz) die elektromagnetische WW ist verantwortlich dafür, dass die Moleküle sich anziehen oder abstoßen, um feste, flüssige oder gasförmige Körper zu bilden …… Und die Schwache Wechselwirkung?... macht, dass von den Leptonen nur das Elektron stabil ist, und von den Teilchen aus Quarks nur das Proton. #6: Es gibt nur 3 Arten der Wechselwirkung (cont.)

28 Inhalt 28/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Wechselwirkungen auf der Ebene der elementaren Teilchen Mechanische Kraft (incl. Druck, Zug, Drehmoment,...) Reibung Adhäsion Elektrostatische Coulomb-Kraft Magnetismus (Stab- / Elektro-Magnet) Lorentz-Kraft Gravitation...? Elektromagnetische WW Schwache WW Starke WW eine Quantentheorie der Gravitation gibt es noch nicht #6: Wieviel Wechselwirkungen kennt die klassische Physik? (direkt oder mittelbar über Stabilität und feste Form der Moleküle / der festen Körper etc.)

29 Inhalt 29/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

30 Inhalt 30/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Wechselwirkung klassisch: es wirkt eine Kraft und ändert den Zustand Wechselwirkung quantentheoretisch (z.B. Elektromagnetisch) Hamiltonian ändert den Zustand muss Prozesse Emission/Absorption ermöglichen! erzeugt ein Photon vernichtet ein Photon { Zustandsänderung des Elektrons Kopplungs- konstante Ansatz #7: Wechselwirken: ein Feldquant emittieren oder absorbieren

31 Inhalt 31/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elektronen und Photonen mit allen möglichen Impulsen p i, p f, Δp γ müssen an Emission und Absorptionsprozessen teilnehmen dürfen: …. ergibt: die Quantenelektrodynamik (QED) – die vollständige Theorie aller elektromagnetischen Prozesse und bisher exakteste aller physikalischen Theorien. ein berühmtes Beispiel: der anomale g-Faktor des Elektrons und Positrons Messung: QED: #7: Wechselwirken ist: ein Feldquant emittieren oder absorbieren /2 nur die Kombinationen, die den Impulserhaltungssatz erfüllen! weiteres Ergebnis (nicht weniger spektakulär): nicht nur die elektromagnetischen Wellen der klassischen Physik, auch die statischen Felder und ergeben sich schon aus dem minimalen Ansatz für !

32 Inhalt 32/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) #7: Kräfte und Wellen in der klassischen Physik Kraft drückt sich durch eine Änderung des Impulses eines Körpers aus dies zeigt die Anwesenheit einer Kraft am Ort des Körpers an die ihrerseits die Anwesenheit eines Kraft-Felds anzeigt das Kraft-Feld wird durch die Ladung eines anderen geladenen Körpers erzeugt bewegt sich dieser, folgt das Feld an einem entfernten Ort nur mit Verzögerung erreicht die Welle einen Körper, wirkt sie auf ihn gemäß ihrer Feldstärke am Ort des Körpers eine Welle entsteht Energie kann absorbiert werden (oder emittiert) wie entwickelt die klassische Physik das Konzept der Wechselwirkung ? wie und wann kommen Wellen ins Spiel ? Quanten-Physik zuerst die Kraft, zuletzt die Welle

33 Inhalt 33/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen 8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

34 Inhalt 34/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Lösung : eine der 3 Linien im Diagramm gehört zu einem virtuellen Zustandl reale Welt: virtuelle Welt: notwendige Folge der Relativitäts- Theorie Problem: der fundamentale Prozess der QED.... ist verboten, weil er die Erhaltung von E und p verletzt im Schwerpunkt- System: E=mc 2 -reicht nicht für γ und bewegtes Elektron # 8. Virtuelle Zustände : eine notwendige Neuheit Teilchen wirken auch aus Zuständen heraus, in denen sie in der beobachtbaren Welt nicht vorkommen können

35 Inhalt 35/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Wechselwirkung quantentheoretisch (Erinnerung) Hamiltonian Änderung des Zustands # 8. Virtuelle Zustände: Realität in den Formeln 2. Ordnung Auswahl: nur Summanden mit der gesamte Prozess erhält E und p

36 Inhalt 36/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) hinein: 2 reale Elektronen mit Impulsen p i1 und p i2 heraus: 2 reale Elektronen mit Impulsen p f1 und p f2 Elektron p i2 gibt den Impuls Δp ab und ändert seine Energie entsprechend um +ΔE Elektron p i1 erhält den Impuls Δp und ändert seine Energie entsprechend: ΔE reale Welt vor dem Prozess reale Welt danach das Photon: erscheint weder vorher noch nachher, lediglich im Diagramm (bzw. Formel) lässt aber Δp und ΔE von einem Elektron zum anderen übergehen muss nicht ΔE=c Δp erfüllen – die Gleichung der realen Photonen. das virtuelle Photon # 8. Virtuelle Zustände: Realität in den Formeln 2. Ordnung das Diagramm genauer betrachtet:

37 Inhalt 37/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) # 8. Virtuelle Zustände: Wechselwirkung ist Bosonen-Austausch e elektromagne- tische WW schwache WW starke WW (und andere Kombinationen der Farb-Ladungen r,g,b)

38 Inhalt 38/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze Inhalt

39 Inhalt 39/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Das Feynman-Diagramm #9: Sprache der Feynman-Diagramme unendliche Reihe (konvergent??) der Störungsrechnung, Glied 2. Ordnung: Grafische Representation der exakten Formel für die Übergangswahrscheinlichkeit zwischen Quanten-Zuständen interne Linie t externe Linien Welt der realen Teilchen verborgene Welt der virtuellen Teilchen Wechselwirkung quantentheoretisch (Erinnerung) Hamiltonian Änderung des Zustands

40 Inhalt 40/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) #9: Feynman-Diagramme (Beispiele) Stoß geladener Teilchen (Elektromagnetische WW) wenn E<0 : gebundene Zustände durch Coulomb- Anziehung Stoß eines Photons mit einem geladenen Teilchen (Compton-Effekt) + Erzeugung eines Paars Teilchen- Antiteilchen e N Teilchen Anti-Teilchen

41 Inhalt 41/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

42 Inhalt 42/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) #10. Umwandlungen der Teilchen ineinander Beispiele: Ursache der Radioaktivität ß Zerfall der Myonen Zerfall der Pionen Erzeugung seltsamer (strange) Teilchen Zerfall seltsamer (strange) Teilchen Elementar-Teilchen können sich in andere umwandeln …... ohne dass dies als eine Umordnung von noch fundamentaleren Bausteinen interpretiert werden könnte. ( die weiche Definition von Elementarteilchen in den Zeiten des Elementarteilchen-Zoos in den 1950/60ern, vor der Entdeckung der Quarks )

43 Inhalt 43/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) #10.Teilchen-Umwandlung in der klassischen Naturwissenschaft? in Chemie: ja. chemische Reaktion = Umwandlung zweier Moleküle in zwei andere, sehr verschiedene Erzeugung ganz neuer Stoffe einfach erklärt durch Umordnen der Elementar-Teilchen der Chemie - der Atome (Dalton, Avogadro, Jhdt.) Umwandlung eines Atoms in ein anderes ? ( Quecksilber zu Gold ? ) ¡ ALCHIMIE !

44 Inhalt 44/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und Erhaltungssätze Mehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- Gesetze Drei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

45 Inhalt 45/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) elektrische Ladung Schwache Ladung Farb-Ladung e-Leptonen-Flavor μ -Leptonen-Flavor τ - Leptonen-Flavor 6 Quark-Flavors (d,u,s,c,b,t) Baryonen-Ladung Leptonen-Ladung -ermöglicht Emission/Absorption von Photonen -ermöglicht Emission/Absorption von W ±, Z° -ermöglicht Emission/Absorption von Gluonen -eingeführt um sagen zu können: diese Ladungen können nur durch Schwache WW verändert werden, für die Starke und Elektromagnetische WW sind sie erhalten -(desgleichen) - eingeführt, um die Erhaltung der Baryonen- Zahl (je 3 Quarks) beschreiben zu können -eingeführt, um die Erhaltung der Leptonen- Zahl beschreiben zu können Absolute Erhaltung # 11. Weitere Arten von Ladung

46 Inhalt 46/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und Erhaltungssätze Mehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie-Gesetze Drei verletzte Symmetrie-Gesetze Inhalt

47 Inhalt 47/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) # 12. SYMMETRIE-GESETZE in der klassischen Physik... in der Zeit im Ort des gemeinsamen Dreh-Winkels drei diskrete Transformationen Spiegelung räumlich P Spiegelung der elekt. Ladung C Spiegelung der Zeitrichtung T Symmetrie / Invarianz: Spiegel-Symmetrie Ladungs-Umkehr-Invarianz Zeit-Umkehr-Invarianz – Erhaltung der Energie – Erhaltung des Impulses – Erhaltung des Drehimpulses – Erhaltung der elektrischen Ladung interpretiert als Folge einer universell geltenden Invarianz der Prozesse und der Gleichungen gegenüber kontinuierlichen Verschiebungen... alle gelten streng in der klassischen Physik

48 Inhalt 48/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) # 12. SYMMETRIE-GESETZE in der klassischen Physik... in der Zeit im Ort des gemeinsamen Dreh-Winkels der gemeinsamen (q.m.) Phase drei diskrete Transformationen Spiegelung räumlich P Spiegelung der elekt. Ladung C Spiegelung der Zeitrichtung T Symmetrie / Invarianz: Spiegel-Symmetrie Ladungs-Umkehr-Invarianz Zeit-Umkehr-Invarianz – Erhaltung der Energie – Erhaltung des Impulses – Erhaltung des Drehimpulses – Erhaltung der elektrischen Ladung interpretiert als Folge einer universell geltenden Invarianz der Prozesse und der Gleichungen gegenüber kontinuierlichen Verschiebungen... Quantenmechanik Erhaltung der Parität verletzt durch die Schwache Wechselwirkung 3 Spiegelungen kombiniert PCT Symmetrie Teilchen-Antiteilchen alle gelten streng in der klassischen Physik PCT ist eine der fundamentalen Symmetrien der Elementarteilchenphysik

49 Inhalt 49/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Erhaltungssätze in klassischer Physik und bei den Elementarteilchen stark erweiterter Gebrauch von Erhaltungssätzen klassische Physik: – hier wurden die Erhaltungssätze (Impuls, Drehimpuls, Energie, Ladung) überhaupt entdeckt – sie erscheinen in aller Praxis aber nur ungefähr erfüllt (wegen Reibung, plastischer Verformung, unvollständiger thermischer Isolierung, Kriechströmen...) – denn stets gibt es eine so immense Vielzahl von Freiheitsgraden mit niedriger Anregungsenergie, dass eigentlich immer etwas Energie, Impuls,... verlorengeht bei den Elementaren Teilchen: – gibt es keine inneren Freiheitsgrade, wo sich etwas verbergen könnte – haben die Erhaltungssätze direkte und kompromisslose Gültigkeit – Regel: Jeder Prozess, der nicht direkt durch einen Erhaltungssatz verboten ist, kommt auch tatsächlich vor.

50 Inhalt 50/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Elementare Teilchen vs. Klassische Physik I.Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) II.12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen III.Resumé 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie- GesetzeDrei verletzte Symmetrie- Gesetze Inhalt

51 Inhalt 51/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) 12 Beobachtungen und neue Konzepte : III. Resumé: elementare Teilchen vs. klassische Physik 1. Es gibt sie wirklich: Elementare TeilchenEs gibt sie wirklich: Elementare Teilchen 5. Identisch bis zur Nicht- UnterscheidbarkeitIdentisch bis zur Nicht- Unterscheidbarkeit 9. Graphische Sprache: Feynman-DiagrammeGraphische Sprache: Feynman-Diagramme 2. Es gibt nur wenige verschiedene TypenEs gibt nur wenige verschiedene Typen 6. Es gibt nur 3 Typen der WechselwirkungEs gibt nur 3 Typen der Wechselwirkung 10. Umwandlungen der Teilchen ineinanderUmwandlungen der Teilchen ineinander 3. Teilchen-Erzeugung und VernichtungTeilchen-Erzeugung und Vernichtung 7. Wechselwirkung ist Austausch von BosonenWechselwirkung ist Austausch von Bosonen 11. Mehr Ladungen und ErhaltungssätzeMehr Ladungen und Erhaltungssätze 4. Anti-TeilchenAnti-Teilchen8. Virtuelle ZuständeVirtuelle Zustände 12. Drei verletzte Symmetrie-GesetzeDrei verletzte Symmetrie-Gesetze

52 Inhalt 52/51 J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik) Schlussbemerkungen......? ?? ??? neue Begriffe und Konzepte: notwendig – Klassische Physik hat hier versagt war das etwa nicht zu erwarten ? neue Begriffe und Konzepte: zum Teil befremdlich – mit einer Tendenz, dem gesunden Verstand zu widersprechen schlecht für die Theoretische Physik? oder eher für den gesunden Menschenverstand ? sicher, dass es keine weiteren Überraschungen geben wird ? – manchmal scheint ja fast das Ende erreicht jedoch gibt es offene Fragen: – gibt es das Higgs-Teilchen? – welche Masse haben Neutrinos? – Instabilität des Protons ? – dunkle Materie im Universum ? – Quantentheorie der Gravitation ? – ? Danke !


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