دانلود کتاب Faszinierende Teilchenphysik: Von Quarks, Neutrinos und Higgs zu den Rätseln des Universums

فهرست مطالب :

Vorwort
Über dieses Buch
Inhalt
1 Die Welt der Teilchen
Eine weltweite Reise in die Teilchenphysik.
Bildhafte Eindrücke von Teilchendetektoren
Was ist Teilchenphysik.
Eine fundamentale Wissenschaft im Wechselspiel mit anderen
Ursprünge der Teilchenphysik.
Wie und wer?
Längenskalen und Einheiten.
Von riesig groß bis zu winzig klein – alles Physik
Die Elementarteilchen.
Die Bausteine der Welt
Die vier Grundkräfte der Natur.
Vier sehr ungleiche Partner
Das Quarkmodell.
Wie Quarks das Teilchenchaos zähmten
Was ist eigentlich ein Elementarteilchen?
Gibt es immer kleinere Bausteine?
Was ist Antimaterie?
Science Fiction oder Realität?
Detektoren im Alltag.
Einen Teilchendetektor tragen wir im Kopf
Wie macht die Physik Fortschritte?
Eine komplizierte Suche nach einfachen Antworten
Experimentelle Forschung in der Teilchenphysik.
Verschiedene Experimente für verschiedene Fragestellungen
Hintergründe zur wissenschaftlichen Methode.
Der Unterschied zwischen „Wahrheit“ und „Wissen“
Vorstellung und Realität.
Verschiedene Beschreibungen funktionieren
2 Allgemeine Grundlagen
Energie und Leistung.
Kilowattstunden, Elektronenvolt, ... wie hängt das alles zusammen?
Spezielle Relativitätstheorie.
Wie schnell ist schnell?
Kinematik.
Impuls und Drehimpuls
Beschleunigung und Strahlung.
Wer beschleunigt, der strahlt
Grundkonzepte der Quantenmechanik.
Von Pfeilen und Elektronen
Zufall und Vorhersage.
Quantenmechanik at work
Spin.
Eine eigentümliche Größe der Quantenmechanik
Das Prinzip von Streuexperimenten.
Atomares Billard
Feynman-Diagramme.
Grafische Darstellungen von Wechselwirkungen
Produktion, Zerstörung und Zerfall von Teilchen.
Wie Teilchen aus Teilchen entstehen können
Resonanzen.
Wenn alles zusammenpasst
Über die Reichweite von Wechselwirkungen.
Von intergalaktischen Abständen zur Größe von Atomkernen
Symmetrien.
Schön und praktisch
Spontane Symmetriebrechung.
Die versteckte Symmetrie
3 Experimentelle Grundlagen
Wie funktioniert ein Beschleuniger?
Mit elektrischen Feldern zu hohen Energien
Wechselwirkung zwischen Teilchen und Materie.
Warum wir überhaupt Teilchen in Messgeräten nachweisen können
Halbleiterdetektoren.
Die Multitalente: von der Handykamera bis zum LHC
Gasbasierte Detektoren.
Messen, wo gar kein Detektor zu sein scheint
Szintillatoren und Photomultiplier.
Die großen Augen der Teilchenphysik
Orts- und Impulsmessung.
Woher kommen wir, wohin gehen wir: fundamentale Fragen auch für Teilchen
Energiemessung von Teilchen.
Wie viele Kalorien isst der Detektor?
Signaturen von Teilchen.
Fußabdrücke von Teilchen in den Detektoren
Čerenkov-Strahlung und Teilchenidentifikation.
Schneller als Licht
Statistik.
Die mathematische Beschreibung von Zufall
Messunsicherheiten.
Jeder macht Fehler
Simulationen in der Experimentalphysik.
Welche Beobachtung wird wirklich vorhergesagt?
4 Theoretische Grundlagen
Anwendungen der speziellen Relativitätstheorie.
Relativität im Teilchenphysikalltag
Fermionen und Bosonen.
Die Basis nicht nur der Chemie
Äußere und innere Symmetrien.
Zur Schau gestellt oder versteckt?
Eichsymmetrien.
Versteckte Symmetrien als Ursprung der Kräfte
Das Noether-Theorem.
Symmetrien bedingen Erhaltungsgrößen
Feynman-Diagramme II.
Eine Bastelanleitung
Quantenfeldtheorie.
Erzeugung und Vernichtung von Teilchen
Schleifen.
Quantenmechanische Spezialeffekte
Renormierung.
Die Zähmung der Unendlichkeit
Präzise Berechnung des nicht vollständig Lösbaren.
Wie man trickreich der Natur ihre Geheimnisse entlockt
Simulationen in der theoretischen Physik.
Wie Computer das Unerreichbare erreichen
5 Detektoren und Beschleuniger
Der LHC-Beschleunigerkomplex am CERN.
Von der Wasserstoffflasche bis zur Kollision
Strahlführung.
Nur nicht auf die schiefe Bahn geraten
Plasmabeschleunigung.
Ein Beschleuniger, der auf einen Küchentisch passt
Beschleuniger in der Medizin.
Diagnose und Therapie
Röntgenstrahlung.
Das geht unter die Haut
Synchrotronstrahlung.
Quellen besonderen Lichts
Typische Detektoren an Beschleunigern.
Groß und Klein unter den Detektoren
Große Detektoren tief im Berg.
Die schwierige Jagd nach Neutrinos
Tieftemperaturdetektoren.
Höchste Ansprüche bei tiefsten Temperaturen
Flüssige Edelgase als Detektoren.
Seltene Flüssigkeiten zur Suche nach seltenen Teilchen
Teilchenfallen.
Eingesperrte Teilchen
Positronen-Emissions-Tomographie.
Nützliche Antimaterie-Vernichtung im Körperinneren
Magnetresonanztomographie.
Mit dem Spin ins Innere des Körpers blicken
6 Grundlagen der Auswertung von Teilchenphysikmessungen
Trigger und Datenverarbeitung.
Der Weg der Nadel im Heuhaufen vom Detektor auf die Festplatte
Datenauswertung.
Aus sehr vielen Informationen das Spannende herausfinden
Identifikation der Teilchensorte über die Masse.
Teilchen spielen „Wer bin ich?“
Die Bestimmung von Messunsicherheiten.
Lieber besser messen als länger messen
Schlüsse ziehen aus Statistik.
Wann ist etwas zu unwahrscheinlich, um wahr zu sein?
Veröffentlichen, was es nicht gibt.
Nichts zu finden ist ein wichtiges Ergebnis
Ein Beispiel für die Entdeckung eines Teilchens ... anhand des Higgs-Bosons
Was sind „Blinde Analysen“?
Der Placebo-Effekt bei Forschenden
Wie korrigiert man falsche Entdeckungen?
Korrekturverfahren in der Teilchenphysik
Neuronale Netzwerke und maschinelles Lernen.
Mit Köpfchen zu neuen Erkenntnissen
Die Erfindung des World Wide Web.
Offene weltumspannende Wissenschaft für eine offene Gesellschaft
7 Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik
Elektromagnetismus.
Die alltägliche Kraft
Die schwache Wechselwirkung.
Verwandlung ist möglich
Up, Down, Rechts und Links.
Wer ist mit wem verwandt?
Die unsichtbare Breite des Z-Bosons.
Es gibt nur drei Neutrinos!
Spontane Symmetriebrechung im Standardmodell.
Das Higgs-Boson als Spielverderber
Spontane Symmetriebrechung II.
Woher kommt das Photon?
Spontane Symmetriebrechung III.
Was hat die bottom-Quark-Masse mit dem Higgs-Zerfall zu tun?
Diskrete Symmetrien: P- und CP-Verletzung.
Gespiegelt ist ganz was anderes
Der Pion-Zerfall.
Links, rechts, schneller, langsamer: Das macht einen Unterschied
Der Weg zu sechs Quarks in drei Familien.
Wer wechselwirkt mit wem?
Neutrinos.
Die außergewöhnlichen Leichtgewichte unter den Elementarteilchen
Neutrinooszillationen.
Wankelmütige Neutrinos
8 Die Besonderheiten der starken Wechselwirkung
Quantenchromodynamik.
Von 1 nach 3: kleiner Unterschied mit großer Wirkung
Confinement.
Warum es keine freien Quarks gibt
Die Suche nach freien Quarks.
Oder wie man sich von der Statistik täuschen lassen kann
Die laufende Kopplung.
Ein Scheinriese?
Die Struktur des Protons.
Ein reichhaltiges Innenleben
Quarkverteilungen im Proton.
Mehr als nur drei Quarks
Kann man Quarks und Gluonen sehen?
Das Unerreichbare wird sichtbar
Woher kommt unsere Masse?
Verkehrte Welt?
Gitter-QCD.
Der Supercomputer macht\'s möglich
Der Quarkmasseneffekt.
Warum wir den Massenunterschieden der Quarks unsere Existenz verdanken
Von Nukleonen zu Kernen.
Welch Vielfalt aus zwei Bausteinen
Die Karlsruher Nuklidkarte.
Vom Tal der Stabilität
Exotische Zustände.
Ein neuer Teilchenzoo?
Die 14C-Altersbestimmung.
Archäologie mithilfe von Kernphysik
9 Der Triumph des Standardmodells und darüber hinaus
Die Entdeckung der neutralen Ströme.
Der erste Durchbruch des Standardmodells
Die zufällige Entdeckung des J/ψ.
Der zweite Durchbruch des Standardmodells
Die Entdeckung von W- und Z-Boson.
Von der Beobachtung eines Stroms zur Entdeckung eines Teilchens
Entdeckung und Besonderheit des top-Quarks.
Das schwerste bekannte Elementarteilchen
Warum ausgerechnet das Standardmodell?
Präzisionsphysik am LEP und Vorhersage des Higgs-Bosons
Die Entdeckung des Higgs-Bosons.
Ultimativer Triumph des Standardmodells
Ist es wirklich das Higgs-Boson?
Experimentelles Portrait eines Teilchens
Präzisionsexperimente.
0, 001 159 652 ...
Das Myon.
Schweres Schwesterteilchen des Elektrons
Überprüfung von Neutrinooszillationen. Eindrucksvolle Bestätigung einer Abweichung
Messung der Neutrinomasse.
Kleinste Masse – größte Waage
Die Verletzung der CP-Symmetrie in B-Mesonen.
Leben wir im Spiegel oder davor?
Seltene Zerfälle von B-Mesonen.
Winzige Hinweise auf große Neuigkeiten?
Gestaltwandler unter sich.
Von Charme, Schönheit1 und seltsamen Teilchen
Die Vermessung des CKM-Dreiecks.
Das große Treffen
Die Hürden des Erfolgs.
Worüber neue Theorien springen müssen
10 Die Grenzen des Standardmodells
Warum wir weitersuchen.
Ungelöste Probleme im Standardmodell
Neutrinomassen.
Warum so klein?
GUT.
Die große Vereinheitlichung
Supersymmetrie.
Wie viel Symmetrie ist möglich?
Extra-Dimensionen.
Vielleicht ist die Gravitation ja gar nicht so schwach
Stringtheorie.
Eine vibrierende Schnur als Vereinheitlichung
Urknall.
Das erste Teilchenlabor
Dunkle Materie.
Eine Herausforderung für die Elementarteilchenphysik
Dark Sector: Dunkle Energie.
Eine Herausforderung für die Kosmologie und Elementarteilchenphysik
Das starke CP-Problem.
Wie Theoretiker Probleme wegwaschen
Ist das Leben auf der Erde ein Zufall?
Verstehen wir, warum Leben entstehen konnte?
11 Die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells
Ist das Neutrino sein eigenes Antiteilchen?
Die Suche nach dem neutrinolosen doppelten β-Zerfall
Neue Teilchen am LHC.
Suchen mit einer konkreten Idee
Das unspezifische Unbekannte am LHC.
Suchen ohne konkrete Idee
Zusätzliche Raumdimensionen am LHC.
Wohin verschwindet die Gravitation?
Das Rätsel der Dunklen Materie.
Woher wissen wir, wonach wir suchen müssen?
Direkte Suche nach der Dunklen Materie.
Auf der Jagd nach unsichtbaren Teilchen
Materie und Antimaterie.
Warum gibt es uns überhaupt?
Teilchenphysik im Weltall.
Hoch hinaus
Die Suche nach elektrischen Dipolmomenten.
Wo ist die Antimaterie geblieben?
Die Suche nach Axionen.
Zwei Fliegen mit einer Klappe
Protonenzerfall.
Lang lebe das Proton!
Supernovae als Teilchenphysiklabore.
Dramatische Ereignisse mit ungeahnten Fähigkeiten
12 Die Verbindung des Größten mit dem Kleinsten
Baryogenese.
Wieso gibt es (fast) keine Antimaterie im Universum?
Nukleosynthese im Urknall.
Helium, Neutrinos und die Materie-Antimaterie-Asymmetrie
Elemententstehung in Sternen.
Wie war das mit dem Sternenstaub?
Kosmischer Mikrowellenhintergrund.
Ein Blick ins frühe Universum und seine Zusammensetzung
Das Größte und das Kleinste.
Einfluss der Neutrinomasse auf die großräumige Struktur im Universum
Kosmische Strahlung.
Teilchen aus dem All
Ultrahochenergetische kosmische Strahlung.
Die Suche nach den kosmischen Hochleistungsbeschleunigern
Multimessenger-Astronomie.
Neue Blicke ins Teilchen-Universum
Neutrinos von der Sonne.
Ein Blick ins Innere der Sonne
Die Entwicklung des Universums.
Blick in die sehr ferne Zukunft
Lohnt sich das alles?
Danksagung
Die Eigenschaften der Elementarteilchen. Übersicht und Tabellen
Glossar
Bildnachweis
Index
Das Autorenteam