Kern- und Teilchenphysik 2 Reiner Krücken (Experiment) Peter Ring (Theorie) 12.04.2005

Organisatorisches Die Vorlesung findet Di und Mi um 11:00 c.t. statt Die Vorlesung besteht zu 2/3 aus einem experimentellem Teil und 1/3 Theorie Es gibt 3 Übungsgruppen (Leitung: Thorsten Kröll ) Termine werden am Mittwoch angekündigt Die Übungsaufgaben werden nicht korrigiert, werden aber in den Übungsstunden im Detail besprochen. Sprechstunde nach Vereinbarung Webseite mit Vorlesungsmaterial: Link von der E12 Home Page 12.04.2005

Studentenseminar (Do. 14:00 s.t.) Exotische Kerne und die starke Wechselwirkung Prof. R. Krücken TUM Prof. P. Ring TUM Prof. D. Habs LMU Prof. H. Wolter LMU Aktuelle Themen aus der modernen Kernstrukturphysik experimentelle Methoden theoretische Methoden aktuelle Forschungsthemen Zukunftsprojekte Vorbesprechung / Vortragseinteilung: Donnerstag, 14.4. 14:00 st in Seminarraum des Tandem-Beschleunigers 12.04.2005

Literatur Povh, Rith, Scholz, Zetsche: Teilchen und Kerne (Springer 1999) Frauenfelder, Henley: Subatomic physics (Prentice Hall 1999) Segre: Nuclei and particles (Benjamin 1965) Perkins: Introduction to high energy physics (Addison Wesley 1986) Halzen, Martin: Quarks and leptons (Wiley & Sons 1984) Kane: Modern elementary particle physics (Addison Wesley 1987) Schmüser: Feynman-Graphen und Eichtheorien für Experimentalphysiker (Springer 1987) 12.04.2005

Brücken zwischen Teilchenphysik und Kernphysik HERA Tevatron LHC FAIR (GSI) MAMI 12.04.2005

Facility for Antiproton- and Ion- Research (FAIR) at Darmstadt Gesellschaft für Schwerionenforschung 12.04.2005

CERN 12.04.2005

Teilchenbeschleuniger 12.04.2005

ATLAS am LHC (CERN) 12.04.2005

Die Fermionischen Bausteine 12.04.2005 www.particleadventure.org

Die Bosonischen Bausteine Die Träger der Wechselwirkungen www.particleadventure.org 12.04.2005

Wechselwirkung durch Teilchenaustausch 12.04.2005 (aus Povh et al.)

Wechselwirkung durch Teilchenaustausch 12.04.2005

Die Hadronen 1 Baryonen (eine Auswahl) www.particleadventure.org 12.04.2005 www.particleadventure.org

Die Hadronen 2 Mesonen (eine Auswahl) www.particleadventure.org 12.04.2005 www.particleadventure.org

Ziele der Vorlesung Am Ende der Vorlesung sollten Sie Antworten für die folgenden exemplarischen Fragen erhalten haben: Was sind die elementare Bausteine der Materie, welche Kräfte halten sie zusammen? Wieso zerfallen freie Neutronen, sind aber im Atomkern stabil? Welche Farbe haben die Quarks? Warum gibt es 8 Gluonen aber nur 1 Photon und 3 W,Z-Bosonen? Welche Bedeutung haben Symmetrien für die Kräfte der Natur? Woher wissen wir, wie alt das Universum ist? Wie entstehen die chemischen Elemente? Warum brennt die Sonne und wieso so lange? Warum haben Neutronensterne eine maximale Masse? Warum haben die Atomkerne in Materie einen so großen Abstand, wo doch der Raum zwischen ihnen im wesentlichen leer ist? 1.2 Ziele der Vorlesung   Diese Vorlesung wird Ihnen die Grundlagen der Kern- und Teilchenphysik vermitteln. Dies wird geschehen durch die Vermittlung der wesentlichen physikalischen Konzepte, der relevanten experimentellen Mehtoden und die Vorstellung der Orginalexperimente. Durch die Aufteilung der Vorlesungszeit in 2/3 experimentelle Vorlesung und 1/3 Theorie erhalten Sie sowohl einen fundierten Einblick in die experimentellen Tricks und Kniffe, wie auch in die mathematischen Konzepte zur Lösung der theoretischen Probleme. Insgesamt werden Sie hierdurch ein tieferes Verständnis der Materie erhalten, was Sie in die Lage versetzt ein Gefühl für die Physik der Kerne und Elementarteilchen zu erhalten. Neben den Grundlagen der Kern- und Teilchenphysik werden wir auch exemplarisch aufzeigen, welche wichtige Rolle Prozesse, Konzepte und experimentelle Methoden der subatomare Physik in anderen Gebieten spielen. Die nachfolgend aufgeführten beispielhaften Fragen, die Sie nach Ende der Vorlesung beantworten können, sollen die Tiefe und Breite des Vorlesungsthemas verdeutlichen. Woher wissen wir, wie alt das Universum ist? Wie entstehen die chemischen Elemente? Warum brennt die Sonne und wieso so lange? Wieso zerfallen freie Neutronen, sind aber im Atomkern stabil? Was sind elementare Bausteine, welche Kräfte halten sie zusammen? Welche Bedeutung haben Symmetrien für die Kräfte der Natur? 12.04.2005

Gliederung SS 2005 Streuung bei höheren Energien Elastische Streuung am Nukleon Inelastische Streuung am Nukleon Tiefinelastische Streuung Partonen und Quarks Starke Wechselwirkung Farbladung Baryonen und Mesonen QCD Lagrangian Symmetrien Quarkonium Chirale Symmetrie Bag Modelle Schwache Wechselwirkung Leptonenfamilien Paritätsverletzung, Helizität V-A Theorie W- und Z-Bosonen Lagrangian Higgs-Mechanismus schwache Zerfälle Oszillationen von Neutrinos und Kaonen Heiße und Dichte Kernmaterie 12.04.2005