Teilchenphysik Flashcards
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Gesetz von Avogadro (ital. Physiker - 1811 n. Chr.)
zwei gleich große Gasvolumina (gleicher Druck und Temperatur) haben immer die gleiche Teilchenzahl.
Auch wenn die Volumina verschiedene Gase enthalten!!
Brownsche Bewegung:
- Wann entdeckt?
- Von wem?
- Was ist sie?
- 1827 n. Chr.
- Robert Brown (schottischer Botaniker)
- Wärmebewegung von Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen (Ausmaß der Bewegung ist temperaturabhängig)
Loschmidt-Konstante?
Josef Loschmidt - österr. Physiker - 1865 n. Chr.
= Anzahl der Moleküle pro Volumeneinheit Gas = Konstante Teilchenzahl
= 2,68 x 10^22 Teilchen/Liter
Gay-Lussac (franz. Physiker - 1800 n. Chr.): “Gesetz der multiplen Volumina”
2 L Wasserstoff + 1 L Sauerstoff = 2 L (!) Wasserdampf
= 2 H2 + 1 O2 = 2 H2O
Welches sind die 4 Grundkräfte der Physik?
- starke Kernkraft (starke Wechselwirkung)
- schwache Kernkraft (schwache Wechselwirkung)
- Elektomagnetismus
- Gravitation
Isotope:
1) Wie verhält sich ihre elektrische Ladung?
2) Was ist anderst im Vergleich zum “normalen” Element?
3) Wie sind ihre chemischen Eigenschaften?
1) Isotope sind elektrisch neutral (gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen) wie alle Elemente
2) Isotope haben aber mehr Neutronen (sind also schwerer)
3) Chemisch verhalten sie sich gleich wie die “normalen” Elemente
Bsp.:
Sauerstoff: 16-O (8 Protonen, 8 Neutronen, 8 Elektronen)
Isotope: 17-O oder 18-O (1 oder 2 Neutronen mehr, also schwerer)
1) “Vater der Quantenmechanik”?
2) Wann entdeckt?
3) Anekdote:
1) Max Planck
2) 1900 n. Chr.
3) Ihm wurde von einem Prof. abgeraten Physik zu studieren, da alles Wesentliche bereits entdeckt sei.
Was sind Nukleonen?
Bausteine des Atomkerns,
also jene Teilchen, aus denen Atomkerne bestehen,
nämlich Protonen und Neutronen.
Quarks:
Aus wievielen Quarks bestehen Protonen und Neutronen?
je aus 3 Quarks:
Protonen : 2 up-Quarks + 1 down-Quark (p uud)
Neutronen : 2 down-Quarks + 1 up-Quark (n udd)
Was sind Hadronen?
Der “starken Wechselwirkung” unterworfene Teilchen
2 Typen:
- Mesonen (ganzzahliger Spin = Bosonen)
- Baryonen ( halbzahliger Spin = Fermionen)
Aus Quarks zusammengesetzt (Mesonen = 2 Quarks, Baryonen = 3 Quarks)
Bsp: Nukleonen (Neutronen und Protonen) sind Baryonen
Quarks - wie heißen …
1) 2-er Verbände ?
2) 3-er Verbände ?
1) Mesonen (2-er Verband)
2) Baryonen (3-er Verband) –> wie z. B. das Proton und Neutron
Was sind Elementarteilchen?
die kleinsten bekannten Bausteine der Materie …
= Quarks, Leptonen, Eichbosonen, Higgs-Boson
- sechs Quarks,
- sechs Leptonen,
- die Eichbosonen (Austauschteilchen) und das
- Higgs-Boson
Licht:
1) Sichtbarer Wellenbereich?
2) Darunter?
3) Darüber?
1) 400 - 700 nm
2) ultraviolettes Licht < 400 nm
3) Infrarotlicht > 700 nm
Kürzeste im Universum mögliche Distanz?
Planck-Länge: 10 ^ -33 cm (10^ -35 m)
1) Was sind “Fermionen”?
2) Was gehört zu den Fermionen?
3) Nach wem benannt?
1) diejenigen Teilchen, aus denen die Materie besteht
2)
a) Elementarteilchen:
- Leptonen (z.B. Elektron, Neutrinos)
- Quarks
b) zusammengesetzte Teilchen:
- mit ungerader Anzahl Quarks aufgebaute Teilchen (z.B. alle Baryonen -> wie Protonen und Neutronen)
3) Enrico Fermi (ital. Kernphysiker, Nobelpreis 1938)
1) Was sind “Bosonen”?
2) Was gehört zu den Bosonen?
3) Nach wem benannt?
1) diejenigen Teilchen, welche die Kräfte zwischen den Fermionen, den Materieteilchen, vermitteln
2)
a) Elemtarteilchen:
- Eichbosonen (Vermittler der Grundkräfte) = Gluonen, Photon, W- und Z-Boson, Higgs-Boson
b) zusammengesetzte Teilchen:
- Mesonen (= Quark + Antiquark)
- Atomkerne mit gerader Nukleonenzahl
- Quasiteilchen (wie z.B. Photonen)
3) S. Bose (indischer Physiker)
Was sind “Van der Waals-Kräfte”?
Die Kräfte zwischen Atomen (oder Molekülen). Sie können aus den elektrischen Kräften zwischen Elektronen und Kern abgeleitet werden.
Was sind Baryonen?
Baryonen (altgr. barýs “schwer” - analog zu den
„leichten“ Leptonen und den
„mittelschweren“ Mesonen)
sind Elementarteilchen, die aus jeweils drei Quarks bestehen.
Zur Klasse der Baryonen gehören unter anderem das Proton und das Neutron (Sammelbegriff: Nukleonen) sowie eine Reihe weiterer, schwererer Teilchen, die so genannten Hyperonen.
Was sind Eichbosonen?
Die Eichbosonen übertragen die verschiedenen Kräfte, übermitteln also die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen (Materie-) Teilchen. Deshalb werden sie oft auch als Austauschteilchen bezeichnet.
- das Photon, das die elektromagnetische Wechselwirkung überträgt.
- die 8 Gluonen der starken Wechselwirkung und
- die W+- und Z-Bosonen der schwachen Kernkraft
- das Graviton als Eichboson der (Quanten-)Gravitation.
Rutherford’sche r Streuversuch:
Alpha-Teilchen (aus radioaktivem Zerfall ≙ Atomkerne von Heliumatomen) auf Goldfolie geschossen
Ergebnis:
- sie durchdringen fast ungehindert die Goldfolie
- nur wenige werden abgelenkt
d.h. Atome bestehen im Wesentlichen aus leerem Raum mit einem kleinen sehr massigen positiv geladenem Objekt (Atomkern) -> Atomkern ist 10.000-stel des Atoms, aber fast gesamte Masse
Atomgröße?
Ca. 1 Angström ≙ 1 Atom
10 Mio Angström = 1 mm
Photoelektrischer Effekt:
1) Was ist das?
2) Wer entdeckte ihn und bekam dafür 1922 den Nobelpreis
1) Lichtquanten (Photonen) sind in der Lage Elektronen aus einer Metallplatte herauszulösen
2) Albert Einstein
Wer ist der “Vater” der Stringtheorie?
Gabriele Veneziano, geb. 1942 in Firenze
1) Was sind “Leptonen”?
2) Wieviel Leptonen gibt es?
1) Klasse von Elementarteilchen, von denen man annimmt, dass sie zusammen mit den
- Quarks und den
- Eichbosonen
die fundamentalen Bausteine bilden, aus denen sich die Materie zusammensetzt
2) Es gibt 6 Leptonen:
- Elektron
- Elektron-Neutrino
- Myon
- Myon-Neutrino
- Tauon
- Tauon-Neutrino
Welches sind die Grundbausteine der Materie?
1) Leptonen (dazu gehören auch die Elektronen)
2) Quarks
3) Eichbosonen (Kraftübertragungsteilchen)
Elementarteilchen?
- Quarks (6) [-> Baryonen (3Q) + Mesonen (2Q) sind Hadronen] - Leptonen (6) - Eichbosonen - Higgs-Boson - Elektronen
1) Was ist ein “Hertz” (Hz)?
2) Bandbreite der Schwingungen am Klavier?
3) Bandbreite des menschlichen Gehörs?
1) Einheit für die Frequenz (1 Hz = 1 Schwingung/sec)
2) von 27 Hz (tiefster Ton) - 4186 Hz (hellster Ton)
3) 16 Hz - 20 000 Hz (entspricht einer Wellenlänge von 21 m - 17 mm) -> Speed 330 m/s = Hz x m (16 Hz x 21 m = 336 m/s)
1) Wie setzt sich die Schallgeschwindigkeit zusammen?
2) Wie hoch ist die Schallgeschwindigkeit in Luft?
1) Schallgeschwindigkeit = Frequenz (Hz) x Wellenlänge (m)
3) 330 m/sec
1) Aus welchen Elementarteilchen besteht die Materie?
2) Aus wie vielen Quarks besteht der Mensch?
1) Fermionen:
- Quarks (Down-Quarks und Up-Quarks)
=> Protonen und Neutronen (= Nukleonen)
- Elektronen
- Neutrinos
=> also 4 Typen: Down-Quarks, Up-Quarks, Elektronen, Neutrinos
2) 10^29 Quarks
Elementarteilchen:
Elementarteilchen:
1) Fermionen (Spin 1/2)
- Quarks (6 Typen)
- Leptonen (6 Typen)
2) Bosonen (Austauschteilchen) - (Spin 1)
- Photon (elektromagnetische Kraft)
- Gluon (starke Kernkraft)
- W und Z-Teilchen, (schwache Kernkraft)
- Graviton (?) (Schwerkraft)
+ Antiteilchen
+ Higgs-Bosonh
Was versteht man unter der “starken Kraft” der 4 Grundkräfte?
Zwischen den positiv geladenen Protonen wirken ja die Coulomb-Abstoßungskräfte. (Betrachten wir Helium: Es besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Es muss eine Kraft geben, die stärker ist als die Abstoßung zwischen den beiden positiv geladenen Protonen).
Diese Kraft, welche Atomkerne zusammenhält, nennt man „starke Kraft“.
Welches sind die “Kraftüberträger”
(Feldquanten bzw. Eichbosonen bzw. Austauschteilchen) der 4 Wechselwirkungen (der 4 Grundkräfte)?
- Gravitation: wirkt zwischen Massen; die Feldquanten, die diese Wechselwirkung übertragen, nennt man
- > Gravitonen. - Elektromagnetische Wechselwirkung: Feldquanten, die diese Wechselwirkung übertragen nennt man
- > Photonen. - Schwache Wechselwirkung: Die Feldquanten nennt man
- > W+, W−, Z° Teilchen - Starke Wechselwirkung: Überträger dieser Wechselwirkung sind die
- > Gluonen.
Sind Protonen und Neutronen Elementarteilchen?
Nein, Protonen und Neutronen (Nukleonen) sind keine Elementarteilchen. Sie bestehen aus kleineren Teilchen, den Quarks und diese werden durch Gluonen zusammengehalten!
(Quark-Gluon-Quark-Gluon-Quark)
Es gibt drei Gruppen von Elementarteilchen!
1) Welche?
2) Welche Teilchen gehören zu den einzelnen Gruppen?
1) Leptonen, Quarks und Feldquanten (= Eichbosonen bzw. Austauschteilchen))
2)
1. Leptonen (“leptos” bedeutet leicht = leichte Teilchen)
a) Elektron
b) Antiteilchen: Positron
c) Myonen und Tauonen (zerfallen in Elektronen und Neutrinos)
2. Quarks (schwere Teilchen, die niemals einzeln auftreten)
Man kennt 18 verschiedene Quarks
3. Feldquanten (Überträger von Kräften bzw. Eichbosonen bzw. Austauschteilchen)
- Graviton (Schwerkraft)
- Photon (elektromagn. Kraft)
- W- und Z-Teilchen (schwache Kraft)
- Gluon (starke Kraft)
1) Was sind Hadronen?
2) Welche 2 Gruppen gibt es?
1) Zusammengesetzte Teilchen, die der starken Wechselwirkung unterworfen sind.
- > “hadros” bedeutet stark, für Hadronen ist die starke Wechselwirkung wesentlich, d.h. sie werden aus 2 oder 3 Quarks gebildet.
2) Baryonen und Mesonen
a) Baryonen:
“schwer”, Beispiele dafür sind Protonen und Neutronen.
Sie bestehen aus drei Quarks!
Weitere Beispiele für Hadronen sind z. B. die Sigma-Teilchen Σ+, Σ°, Σ−
b) Mesonen:
Diese bestehen aus einem Quark und einem Antiquark.
Als Beispiel betrachten wir die Pionen π°, π+, π−
Man kennt etwa 30 weitere Mesonen
