Teilchenphysik

Aus Wikibooks

Dieses Buch steht im Regal Physik.

Inhaltsverzeichnis

1 Zusammenfassung des Projekts
2 Einleitung
3 Inhaltsverzeichnis
4 Stichwortsuche
5 Anhänge

[Bearbeiten] Zusammenfassung des Projekts

Ziel des Buches: Dieses Buch soll es interessierten Laien ermöglichen, einen Einblick in die Teilchenphysik zu gewinnen. Es richtet sich hauptsächlich an Personen ohne Vorkenntnisse aus der Teilchenphysik. Es werden jedoch wenige, elementare Vorkenntnisse der Physik, unter anderem auch aus der speziellen Relativitätstheorie, vorausgesetzt. Im ersten Teil des Buches, soll ein möglichst umfassender Einblick in den derzeitigen Stand des Wissens gegeben werden. Im zweiten Teil beschäftigen wir uns mit den wichtigsten der neuen, noch nicht allgemein anerkannten Theorien. Im dritten Teil werden wir zeigen, wie man die Teilchen entdecken konnte und wie man heute nach neuen Phänomenen der Natur in der Praxis sucht.
Ansprechperson & momentaner Hauptautor: Michael Schönitzer
Sind Co-Autoren gegenwärtig erwünscht? Ja!
Richtlinien für Co-Autoren: Bitte achtet darauf, dass es allgemeinverständlich ist. Das hier soll nicht ein Artikel werden, sondern ein Buch - Schreibstil & Formatierung dementsprechend anpassen.
Projektumfang und Abgrenzung zu anderen Wikibooks: Bitte nicht zu viel zur Atomphysik & "Beyond standard model"-Theorien. Dies wird in anderen Büchern ausführlich behandelt.
Aufbau des Buches: Kein (entdeckungsgeschichtlich) chronologischer sondern überwiegend thematischer Aufbau.
Momentaner Status: Der erste Teil enthält fast alle Themen, muss also hauptsächlich nur noch ausgebaut werden, bei den beiden anderen gibt es noch einiges zu tun. Insgesamt etwa:

[Bearbeiten] Einleitung

Die Teilchenphysik (oder Elementarteilchenphysik) behandelt den elementaren Aufbau der Materie und beschreibt die Wechselwirkungen ihrer fundamentalen Bausteine. Diese Bausteine gelten im Rahmen des Standardmodells als nicht weiter teilbare Einheiten der Materie. Aus diesen setzt sich die beobachtbare Materie zusammen.

Wenn wir "Teilchen" sagen, meinen wir eigentlich etwas, das sich - infolge der Dualität zwischen Teilchen und Welle - manchmal wie ein Teilchen, manchmal aber auch wie eine Welle verhält.

Wie wir im weiteren Verlauf des Buches sehen werden, gibt es noch weitere, in unserer normalen Umwelt nicht vorkommende, elementare oder aber auch zusammengesetzte Teilchen. Das heutige Wissen über die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen wird im so genannten Standardmodell zusammengefasst. In diesem ersten Teil soll es hauptsächlich um das Standardmodell gehen. Neuere, darüber hinausgehende Theorien werden im zweiten Teil dieses Buches kurz angeschnitten.

Alle Teilchen haben gewisse messbare Eigenschaften:

die Masse (dies hat nichts mit räumlicher Ausdehnung zu tun! Die Elementarteilchen sind Punktteilchen ohne räumliche Ausdehnung!). In der klassischen Physik ist Masse der Widerstand gegen Beschleunigung: ein Teilchen mit kleiner Masse wird stark beschleunigt, ein Teilchen mit großer Masse nur schwach, wenn die gleiche Kraft wirkt (siehe Trägheit, Masse, Kraft - Axiomatische Grundlagen der Dynamik).

Da aus der speziellen Relativitätstheorie ein Zusammenhang zwischen Energie und Masse eines Teilchens folgt (E = mc²) ist es genauso möglich, statt der Ruhemasse die Ruheenergie eines Teilchens anzugeben. (Zu diesem Thema gibt es unter Wikibooks auch ein Buch: Ruhemasse und relativistische Masse eines Körpers)

Im SI-System wird Masse in kg gemessen. In der Atomphysik ist die atomare Masseneinheit 1 u = 1,66 × 10^-27 kg üblich. In der Teilchenphysik gibt man vielfach die Ruheenergie an. Wenn also weiter unten die Masse eines Teilchens beispielsweise mit 80 GeV/c² angegeben ist, so bedeutet das, dass seine Ruheenergie 80 GeV beträgt.

die elektrische Ladung, die aus der klassischen Physik bekannt ist. Im SI-System wird die Ladung in C (Coulomb) gemessen. Die Ladung ist quantisiert, d.h., jeder geladene Körper, den wir in der Natur finden, hat eine Ladung, die ein Vielfaches der Elementarladung e = 1,6×10^-19 C (das ist z.B. die Ladung eines Protons) beträgt. Bei Teilchen wird die Ladung oft in Einheiten von e angegeben. "Die Ladung ist +6" bedeutet dann: die Ladung beträgt +6×1,6×10^-19 C.

Neben der elektrischen Ladung werden wir hier noch die sogenannte Farbladung kennen lernen.

den Spin (oder Eigendrehimpuls) - Die klassische Vorstellung ist, dass sich die Teilchen, ähnlich wie Himmelskörper in der Astronomie, um ihre Achse drehen. Der Spin ist eine gerichtete Größe, Vektor genannt, der im Fall der Himmelskörper in Achsenrichtung zeigt.

Impuls wird in kg×(m/s), Drehimpuls in m×(kgm/s) = kgm²/s = Js gemessen. Drehimpuls ist eine vektorielle Größe.

Drehimpuls ist quantisiert wie die elektrische Ladung; die Einheit ist das von Max Planck gefundene Plancksche Wirkungsquantum h = 6,6×10^-34 Js. Daher ist auch der Spin bei Elementarteilchen quantisiert, und er kann auch nicht jede beliebige Richtung im Raum einnehmen.

Die Aussage: "das Teilchen hat Spin ½" bedeutet: in bezug auf jede beliebige Achse im Raum kann der Eigendrehimpuls des Teilchens nur den Wert +½ $\hbar$ oder -½ $\hbar$ annehmen, wobei $\hbar$ = h/2π ist.

die Lebensdauer - Ähnlich wie radioaktive Atomkerne zerfallen können, so zerfallen auch die meisten subatomaren Teilchen. Wie bei radioaktiven Zerfällen, so ist es auch hier vollkommen zufällig, wann ein Teilchen zerfällt, aber die Wahrscheinlichkeit, in der nächsten Sekunde zu zerfallen, ist eine fixe, nur von der Teilchenart abhängige Größe. Zur quantitativen Beschreibung dieses Prozesses verwendet man entweder die mittlere Lebensdauer $τ$ oder die Halbwertszeit $t 1 / 2$ . Es ist $\tau \cdot \ln 2 = t_{1/2}$ , oder $\tau \cdot 0,693 = t_{1/2}.\,$

Wie wir sehen werden, benutzen die Teilchenphysiker manche dieser Eigenschaften zur Einteilung der inzwischen relativ groß gewordenen Anzahl an Teilchen in Gruppen. Im letzten Teil dieses Buches wird es schließlich um die experimentelle Teilchenphysik gehen, also darum, wie man die Eigenschaften eines Teilchens bestimmt und wie man überhaupt die, in unserer gewohnten Umgebung nicht vorkommenden, Teilchen erzeugen kann.

[Bearbeiten] Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Stichwortsuche

Leider gibt es in diesem Buch selbst kein Suchformular zur direkten Stichwortsuche. Man kann aber Google zur Stichwort suche verwenden. Probieren Sie einmal diesen Link!