Experimentalphysik Iva: Kern- und Teilchenphysik

Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert

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

WUSEL-Eintrag der Vorlesung.

WUSEL-Eintrag der Übung. Bitte die Übungen belegen!

Termin Vorlesung:

Mi. 10:00-12:00, F.13.15 (Beginn am 19.04.2017 in D.10.08 !!)

Fr. 10:00-12:00, HS 05

Termin Übung:

Mo. 9-10, 12-13, 13-14 Uhr, F.13.15 (Beginn 24.04.2017)

Kontakt: Daniel Kümpel, F.11.08, 3750.

Übungsaufgaben: Ü00, Ü01, Ü02, Ü03, Ü04, Ü05, Ü06, Ü07, Ü08, Ü09, Ü10, Ü11

Inhalt:

1. Einführung

1.0 Historie, Terminologie, Sprache und Begriffe (V01)
1.1 Grössenordnungen
1.2 Nomenklatur der Kern- und Teilchenphysik
1.3 Kurzübersicht: Teilchen und Wechselwirkungen (V02)

2. Aufbau der Atomkerne

2.1 Ladung
2.2 Masse
2.3 Bindungsenergie und Massendefekt
 2.3.1 Atomare Masseneinheit "u" (V03)
2.4 Bestimmung von Kernradien
 2.4.1 Einführung des Wirkungsquerschnitts
 2.4.2 Mittlere freie Weglänge
 2.4.3 Coulomb-/Rutherford-Streuung (V04)
 2.4.4 Elektron-Kern Streuung (Mott-Streuung und Formfaktoren) (VL05)
 2.4.5 Muonische Atome (VL06)

3. Fundamentale Eigenschaften stabiler Kerne

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

4. Kernkräfte

4.1 DasDeuteron (VL11)
4.2 Isospin
 4.2.1 Isopspin von Elementarteilchen (VL12)
4.3 Das Meson-Austauschmodell der Kernkräfte

5. Zerfall instabiler Kerne

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

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, ...) (VL18)
7.2 Abbremsung von Elektronen
7.3 Cherenkov-Strahlung
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 (VL19)
7.6 Nachweis von Neutronen
7.7 Nachweis von Neutrinos

8. Detektoren

8.1 Ionisationskammern
8.2 Proportionalzähler
8.3 Geiger-Müller Zählrohr (VL20)
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 (VL21)
9.6 Collider und Speicherringe

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 (VL22)
11.4 Kernfusion in der Sonne
11.5 Kontrollierte Kernfusion

12. Symmetrien und Erhaltungssätze, fundamentale WW

12.1 Energie- Impuls-, Drehimpuls-, Ladungs-, Baryonen- und Leptenzahlerhaltung
12.2 Paritätsverletzung im Betazerfall (Wu-Experiment) (VL23)
12.3 CP-Verletzung im K-System (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 (VL25)
14.3 Einfache Anwendungen des Quark-Modells
14.4 Vervollständigung des Quark-Bildes: J/Psi und Y-Resonanz (VL26)
14.5 Wechselwirkungspotential der QCD; Gluonen und Jet-Bildung

15. Experimentelle Bestätigung des Quark Modells

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

16. Modelle der Teilchenphysik

16.1 Quarks und ihre Wechselwirkungen (VL28)
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

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