Experimentalphysik IVa: Kern- und Teilchenphysik

Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert

Die Vorlesung findet 4-stündig statt und beinhaltet eine 1-stündige Übung (V4Ü1).

WUSEL-Eintrag der Übung. Bitte die Übungen belegen!

Termin Vorlesung:

Mi. 10:15-11:45, F.13.15
Fr. 10:15-11:45, F.13.11

Bitte beachten: Die Vorlesung am 3.7.2020 fällt aus und wird am 14.7. um 14:00 Uhr nachgeholt.

Die Vorlesungen und Übungen finden als interaktive zoom Konferenzen statt. Die Zugangsinformationen hierzu finden Sie im Wesel-Eintrag, bzw. wurden Ihnen als e-mail zugesandt.

Termin Übung:

Mi. 12:15-13:00 Uhr im Seminarraum F.13.15 (Beginn 22.04.2020)
Mi. 13:15-14:00 Uhr im Seminarraum F.13.15 (Beginn 22.04.2020)

Kontakt: Michael Schimp, Raum F.11.03, Tel. 3736.

Übungsaufgaben: Ü01, Ü02, Ü03, Ü04, Ü05, Ü06, Ü07, Ü08, Ü09, Ü10, Ü11, Ü12, Ü13

Inhalt:

1. Einführung

1.0 Historie, Terminologie, Sprache und Begriffe (Folien VL01)
1.1 Grössenordnungen
1.2 Nomenklatur der Kern- und Teilchenphysik (Folien und Notizen VL02)
1.3 Kurzübersicht: Teilchen und Wechselwirkungen

2. Aufbau der Atomkerne

2.1 Ladung
2.2 Masse
2.3 Bindungsenergie und Massendefekt
2.3.1 Atomare Masseneinheit "u" (Folien und Notizen VL03)
2.4 Bestimmung von Kernradien
2.4.1 Einführung des Wirkungsquerschnitts
2.4.2 Mittlere freie Weglänge
2.4.3 Coulomb-/Rutherford-Streuung (Folien und Notizen VL04)
2.4.4 Elektron-Kern Streuung (Mott-Streuung und Formfaktoren) (Folien und Notizen VL05, VL06)
2.4.5 Muonische Atome

3. Fundamentale Eigenschaften stabiler Kerne

3.1 Tröpfchenmodell und Weizäckersche Massenformel (Folien und Notizen VL07)
3.2 Kernspins und Kernmomente (Folien und Notizen VL08)
3.2.1 Magnetisches Diplommoment
3.2.2 Systematik der Kerspins und Kernmomente
3.2.3 Das elektrische Quadrupolmoment (Folien und Notizen VL09)
3.3 Parität von Teilchen und Zuständen
3.4 Angeregte Zustände
3.5 Addition von Drehimpulsen
3.6 Schalenmodell (Folien und Notizen VL10)
3.6.1 Spin-Bahn Kopplung (Folien und Notizen VL11)

4. Kernkräfte

4.1 DasDeuteron
4.2 Isospin (Folien und Notizen VL12)
4.2.1 Isopspin von Elementarteilchen
4.3 Das Meson-Austauschmodell der Kernkräfte

5. Zerfall instabiler Kerne

5.1 Zerfallsgesetz, Halbwertszeit, Lebensdauer
5.2 Alpha-Zerfall (Folien und Notizen VL13)
5.3 Beta-Zerfall
5.3.1 Energetik und Phänomenologie (Folien und Notizen VL14)
5.3.2 Fermi-Theorie des beta-Zerfalls (Folien und Notizen VL15)
5.3.3 W- und Z-Bosonen
5.4 Gamma-Zerfall (Folien und Notizen VL16)
5.4.1 Innere Konversion
5.4.2 Mößbauer-Effekt
5.5 Kernspaltung (Folien und Notizen VL17)
5.6 Natürliche Radionuklide

6. Kernreaktionen

6.1 Compoundkern-Reaktionen, Coulombanregung, Direkte Reaktionen
6.2 Schwerionenreaktionen

7. Wechselwirkung von Strahlung und Teilchen mit Materie

7.1 Ionisationsbremsung schwerer Teilchen (p, d, t, alpha, ...) (Folien und Notizen VL18)
7.2 Abbremsung von Elektronen
7.3 Cherenkov-Strahlung (Folien und Notizen VL19)
7.4 Absorption von gamma-Strahlung in Materie
7.4.1 Photoeffekt
7.4.2 Compton-Streuung
7.4.3 Paarbildung
7.4.4 Absorption hochenergetischer EM-Strahlung (EM-Schauer)
7.5 Absorption hochenergetischer Hadronen
7.6 Nachweis von Neutronen
7.7 Nachweis von Neutrinos

8. Detektoren

8.1 Ionisationskammern
8.2 Proportionalzähler (Folien und Notizen VL20)
8.3 Geiger-Müller Zählrohr
8.4 Vieldrahtkammern
8.5 Halbleiterdetektoren
8.6 Szintillationsdetekoren
8.7 Photomultiplier

9. Teilchenbeschleuniger

9.1 Van de Graaff Beschleuniger
9.2 Tandem-Beschleuniger
9.3 Linear Beschleuniger
9.4 Zyklotron
9.5 Synchrotron
9.6 Collider und Speicherringe (Folien und Notizen VL21)

10. Strahlenbelastung und Strahlenschutz

10.1 Strahlendosiseinheiten
10.2 Strahlung in biologischen Geweben
10.3 Gesetzliche Grenzwerte

11. Kernphysikalische Anwendungen

11.1 Nuklearmedizin
11.2 Datierungsmethoden
11.3 Kernenergie und Spaltreaktoren (Folien und Notizen VL22)
11.4 Kernfusion in der Sonne
11.5 Kontrollierte Kernfusion

12. Symmetrien und Erhaltungssätze, fundamentale WW (Folien und Notizen VL23)

12.1 Energie- Impuls-, Drehimpuls-, Ladungs-, Baryonen- und Leptenzahlerhaltung
12.2 Paritätsverletzung im Betazerfall (Wu-Experiment)
12.3 CP-Verletzung im K-System
12.4 Zeitumkehr und CPT-Invarianz
12.5 Isospin, Seltsamkeit, Charme als Erhaltungsgrößen (Folien und Notizen VL24)

13. Baryonen- und Mesonresonanzen

13.1 Delta-Resonanz, Rho- und Omega-Meson
13.2 Strangeness-Produktion und -Zerfall

14. Statisches Quark-Modell der Hadronen

14.1 Baryonen- und Mesonen-Multipletts
14.2 Eigenschaften der Quarks (Folien und Notizen VL25)
14.3 Einfache Anwendungen des Quark-Modells
14.4 Vervollständigung des Quark-Bildes: J/Psi und Y-Resonanz
14.5 Wechselwirkungspotential der QCD; Gluonen und Jet-Bildung (Folien und Notizen VL26)

15. Experimentelle Bestätigung des Quark Modells

15.1 Tiefinelastische Lepton-Nukleon Streuung (Folien und Notizen VL27)
15.2 Positron-Elektron-Streuung in Abhängigkeit von E

16. Modelle der Teilchenphysik

16.1 Quarks und ihre Wechselwirkungen
16.2 Neutrale und geladene schwache Ströme
16.3 Idee der Grand Unified Theory (GUT)

Literatur:

A. Das, T. Ferbel

Introduction to Nuclear and Particle Physics

World Scientific

K. Bethge

Kernphysik

Springer

W. Demtröder

Experimentalphysik 4

Springer

D. H. Perkins

Hochenergiephysik

Addision Wesley

Povh, Rith, Scholz, Zetsche

Teilchen und Kerne

Springer

Halzen, Martin

Quarks & Leptons

Wiley

Kleinknecht

Detektoren für Teilchenstrahlung

Springer

Leo

Techniques in Nuclear and Particle Physics Experiments

Springer

Evaluationsergebnisse

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