Physik4
Kern- und Teilchen Physik LFU Innsbruck
Kern- und Teilchen Physik LFU Innsbruck
Gibt es Leptonen die sehr schnell \(\approx O(10^{-22}) \) Zerfallen?
Nein Leptonen sind relativ Stabil.
\(\tau < \mu < e\) Bezüglich Lebensdauer
Welche Bedingung muss gegeben sein damit es zu einer spontanen Kernspaltung kommt?
Kugelsymmetrische Nukleonenverteilung muss deformiert werden. -> Elliptische Verteilung
Wie kommt es zu einer doppelten Spaltbarriere?
Bei stark defomierten Kernen kommt es zu einem Doppelten Minimum im Kernpotential.
Warum können linkshändige Fermionen bezüglich des schwachen Isospins kein Isospin Singulett bilden?
Linkshändige Fermionen koppeln an W-Bosonen.
Definition Isotop, Isotone, Isomere?
Isotop -> gleiche Kernladungszahl Z
Isotone -> gleiche Neutronenzahl
Isomere -> gleiche Protonen & Neutronenzahl
Was beschreibt die Parität?
Die Parität P beschreibt das Verhalten der Wellenfunktion bei Spiegelung aller Koordinaten am Ursprung.
Zustände mit geradem l haben gerade Parität.
Bei Prozessen der starken WW bleibt die Parität erhalten.
Was ist die Baryonenzahl?
Alle Baryonen erhalten zur Charaktersisierung die Baryonenzahl B=1 bzw. Antibaryonen B=-1.
Baryonenzahl ist erhalten.
Konsequenz von Baryonenzahlerhaltung?
Ein Baryon kann nur dann in Mesonen oder Leptonen zerfallen, wenn dabei auch ein Baryon entsteht.
=> Diese Regel Begründet warum das Proton als leichtestes Baryon stabil ist. Beim Zerfall kann kein anderes Baryon entstehen.
Was ist die Leptonenzahl?
Alle Teilchen mit Spin 1/2 und die keine starke WW zeigen, heißen Leptonen und erhalten die Leptonenzahl L=1 und Antiteilchen L=-1.
Leptonenzahl ist erhalten.
Warum wurde sie Seltsamkeit S eingeführt?
Teilchen wie z.B K-Mesonen oder \(\lambda\)-Teilchen werden durch starke Wechselwirkung erzeugt aber zerfallen nur durch die schwache Wechselwirkung.
Prozesse mit starker oder elmg. WW bleibt S erhalten, bei Prozessen mit schwacher WW ist \(\Delta S = \pm1\)
Was besagt das Tröpfchenmodell?
Kern in Analogie zu einem geladenen Flüssigkeitstropfen.
Nukleonen bewegen sich stark korreliert in inkompressibler Flüssigkeit.
Was besagt das Fermigasmodell?
Nukleonen bewegen sich unabhängig voneinander in einem resultierenden Kernpotential, Potentialtiefe aus der Quantenstatistik eines Fermigases.
Was besagt das Schalenmodell?
Nukleonen bewegen sich voll quantenmechanisch, Potential mit starken (Spin-Bahn-Term) -> magische Zahlen, Spin, Parität
Welche Terme hat die Bethe-Weizsäcker Formel?
Volumenterm, Oberflächenterm, Coloumbterm, Asymmetrie-Term, Paarungs-Term
Wann weichen die Vorhersagen der Bindungsenergie des Tröpfchenmodells von den Messungen ab?
Bei den magischen Zahlen.
Wofür ist das Tröpfchenmodell geeignet?
Vorhersage von Bindungsenergien und Modellierung von Kernspaltungsprozessen.
Was ist die Baryonenzahl?
Alle Baryonen erhalten zur Charakterisierung die Baryonenzahl B=1 & Antibaryonen B=-1. z.B Proton -> B=1
Anti
Wie schaut das Feynman-Diagramm für den \(\beta^-\)-Zerfall?
Standard Wechselwirkungen Feynman-Diagramme?
Lsg
Pionen- Zerfall \(\pi^+ \to \mu^+ + \nu_\mu\)Feyman Diagramm?
Wie lautet die Energie/Impuls Beziehung?
\(E^2 = p^2 c^2+m^2c^4\)
1 Fermi?
\(1 e^{-15} m\)
Wie ist der Formfaktor definiert?
\(F(q^2) = \int{e^{i \vec{q}\vec{x}} \rho(\vec{x}) d^3\vec{x}}\)
\(\text{Das }q^2 \text{ bedeutet radiale abhängigkeit.}\)
Was kann aus der Charakteristik des Formfaktors bestimmt werden?
Formfaktor ist Abhängig vom Impulsübertrag \(\vec{q} = \vec{p}- \vec{p}'\). Somit kann man durch Messung des Wirkungsquerschnittes bestimmter Streuprozesse in Abhängigkeit vom Impulsübertrag nutzen, um durch anschließenden Vergleich mit theoretischen Modellen Aussagen über die Form des Streupotentials zu machen.
Wie schaut der Formfaktor der Ladungsverteilung einer homogenen Kugel aus?
\(\beta^+\text{-Zerfallsformel}\)
\(p \to n +e^+ + \nu_e\)
Elektron collection (EC) Zerfallsformel?
\(p+e^- \to n + {\nu}_e\)
\(\alpha \text{ -Zerfallsgleichung}\)
\(^A_ZX \to ^{A-4}_{Z-2}Y+ ^{4}_{2}\textrm{He}\)
Wie ist der Q-Wert definiert?
Q-Wert bestimmt Energiebilanz einer Kernreaktion
\(Q=(m_0(x) +m_0(X)-m_0(y) - m_0(Y)) \cdot c^2\)
x...Geschossteilchen
X...Targetteilchen
y,Y...Teilchen nach der Reaktion
Was versteht man unter Spiegelkernen?
n1 = z2
n2 = z1 z.B: \(^3_1H \to ^3_2He\)
Was haben Quarks für einen Spin?
S = 1/2 -> Fermionen
Was sind Mesonen?
Bestehen aus 2 Quarks und haben Ganzzahligen Spin z.B: Pion
Was sind Baryonen?
Bestehen aus 3 Quarks. z.B: Proton, Neutron
Isospin formalismus Grundidee?
Proton und Neutron kann man hinsichtlich der starken WW als gleich betrachten. Sie unterscheiden sich nur durch ihre Ladung, deshalb wurde vorgeschlagen Proton und Neutron als das selbe Nukleon mit Zustand 1e und 0e zu betrachten. Mathematisch entspricht dies dem Isospin, der sich wie der Spin eines Elektron verhält.
Hyperladung berechnen?
\(Y = (2Q-I_z)=B+S\)
Q...Ladung
Iz... Z-Komponente des Isospins
Was sind die magischen Zahlen?
2, 8, 20, 28, 50, 82, 126
Wodurch unterscheiden sich die Teilchen des Baryonenoktetts von denen des Baryonendekupletts?
Die Teilchen des Baryonenoktetts besitzten einen spin von \(^PJ=1/2^+\), während die Teilchen des Baryonendekupletts einen Spin von \(^PJ=3/2^+\) haben.
Wie groß sind die Reichweiten der starken und schwachen Wechselwirkung?
Starke WW: ~10^(-15) m
Schwache WW: ~10^(-18) m
Verletzen alle Prozesse der schwachen WW die C-Symmetrie?
Ja
Die drei Wichtigsten Symmetrie-Operationen in der Physik? (lt. Demtröder)
- Teilchen-Antiteilchen-Konjugation (auch Ladungskonjugation)
- Paritätsoperation (Raumspiegelung: \(r \to -r\))
- Zeitumkehr, wird der Zeitablauf umgekehrt.
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Flashcards
Was ist die Leptonenzahl?
Alle Teilchen mit Spin 1/2 und die keine starke WW zeigen, heißen Leptonen und erhalten die Leptonenzahl L=1 und Antiteilchen L=-1.
Leptonenzahl ist erhalten.
Warum wurde sie Seltsamkeit S eingeführt?
Teilchen wie z.B K-Mesonen oder \(\lambda\)-Teilchen werden durch starke Wechselwirkung erzeugt aber zerfallen nur durch die schwache Wechselwirkung.
Prozesse mit starker oder elmg. WW bleibt S erhalten, bei Prozessen mit schwacher WW ist \(\Delta S = \pm1\)
Was besagt das Tröpfchenmodell?
Kern in Analogie zu einem geladenen Flüssigkeitstropfen.
Nukleonen bewegen sich stark korreliert in inkompressibler Flüssigkeit.
Was besagt das Fermigasmodell?
Nukleonen bewegen sich unabhängig voneinander in einem resultierenden Kernpotential, Potentialtiefe aus der Quantenstatistik eines Fermigases.
Was besagt das Schalenmodell?
Nukleonen bewegen sich voll quantenmechanisch, Potential mit starken (Spin-Bahn-Term) -> magische Zahlen, Spin, Parität
Welche Terme hat die Bethe-Weizsäcker Formel?
Volumenterm, Oberflächenterm, Coloumbterm, Asymmetrie-Term, Paarungs-Term
Wann weichen die Vorhersagen der Bindungsenergie des Tröpfchenmodells von den Messungen ab?
Bei den magischen Zahlen.
Wofür ist das Tröpfchenmodell geeignet?
Vorhersage von Bindungsenergien und Modellierung von Kernspaltungsprozessen.
Was ist die Baryonenzahl?
Alle Baryonen erhalten zur Charakterisierung die Baryonenzahl B=1 & Antibaryonen B=-1. z.B Proton -> B=1
Anti
Wie schaut das Feynman-Diagramm für den \(\beta^-\)-Zerfall?
Standard Wechselwirkungen Feynman-Diagramme?
Lsg
Pionen- Zerfall \(\pi^+ \to \mu^+ + \nu_\mu\)Feyman Diagramm?
