Zusammenfassung
Hauptthema dieses Aufsatzes sind Feynman-Diagramme. Dabei soll es allerdings schwerpunktmäßig nicht um deren Anwendung gehen, auch wenn dies vermutlich der für den Schulunterricht attraktivere Aspekt ist. Schließlich lassen sich mit Hilfe der Feynman-Diagramme auf sehr einfache und anschauliche Weise Prozesse in der Elementarteilchenphysik im weitesten Sinn „verstehen“.
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Notes
- 1.
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt exakt \(c\equiv 299.792.458\,\text {m/s} = 1.079.252.848{,}8\) km/h. Ein Proton am LHC hat eine Geschwindigkeit von etwa \(c{-}3{,}2\,\text {km/h}=1.079.252.845{,}6\) km/h.
- 2.
In der Teilchenphysik wird Energie meist in Elektronvolt (eV) gemessen, wobei \(1\,\text {eV}\approx 1{,}6\cdot 10^{-19}\) Joule. Das Plancksche Wirkungsquantum hat einen Zahlenwert von etwa \(h=4{,}14\cdot 10^{-15}\) eV\(\cdot \text {s}\). Später verwenden wir auch die Einheiten MeV=\(10^6\) eV und GeV=\(10^9\) eV sowie das „reduzierte Wirkungsquantum“ \(\hbar = h/(2\pi )\).
- 3.
Der Einfachheit halber werden wir hier durchweg in nur einer Raumdimension arbeiten. Die Verallgemeinerung auf drei Dimensionen ist unkompliziert.
- 4.
In der theoretischen Teilchenphysik wird dieser Ausdruck nicht gern verwendet. Man spricht stattdessen eher von „Feldquantisierung“.
- 5.
Ungeladene Teilchen wie das Photon sind demnach nicht von ihren Antiteilchen zu unterscheiden.
- 6.
Die Nullpunktsenergie (siehe Abschn. 2.2.4) führt zu den sog. Vakuumfluktuation, die messbare Effekte liefern (Casimir-Effekt, laufende Kopplungen u. ä.). Wir können im Rahmen dieses Aufsatzes leider nicht näher darauf eingehen.
- 7.
Genauer gesagt wird der Freiheitsgrad, der den HO beschreibt, als Quantenfeld bezeichnet.
- 8.
Genau genommen ist es \(g=\sqrt{4\pi \alpha }\).
- 9.
Mit der Einschränkung, dass stets nur ebene Wellen vorliegen.
- 10.
Der vollständige Satz des Standardmodells ist im Programm FeynGame implementiert, das einen spielerischen Umgang mit Feynman-Regeln bietet. Alle Diagramme dieses Artikels wurden mit FeynGame erzeugt http://www.robert-harlander.de/software/feyngame.
- 11.
Es ist \(M_H\approx 125{,}3\) GeV/\(c^2\) und \(m_\mu \approx 105\) MeV/\(c^2\).
- 12.
Diese Terminologie kommt daher, dass die Relation \(D(E,\mathbf {p},m)=0\) für festes m eine Fläche im vierdimensionalen \((E,\mathbf {p})\)-Raum definiert, die sog. „Massenschale“.
- 13.
Die Normierung der Kurven ist so gewählt, dass ihr Integral in allen drei Fällen gleich groß ist.
- 14.
Weil die Breite \(\Gamma _Z\) umgekehrt proportional zur Lebensdauer \(\tau _Z\) eines Teilchen ist, spricht man oft von „breiten“ bzw. „schmalen“ Teilchen, und meint damit besonders kurz- bzw. langlebige Teilchen (siehe auch Anhang 2.5.3).
- 15.
Quelle: S. Schael et al., Phys. Rept. 427 (2006) S. 257.
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Harlander, R. (2020). Erzeugung und Vernichtung von Teilchen. In: Passon, O., Zügge, T., Grebe-Ellis, J. (eds) Kohärenz im Unterricht der Elementarteilchenphysik. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-61607-9_2
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Publisher Name: Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-662-61606-2
Online ISBN: 978-3-662-61607-9
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