Fach Kern- und Teilchenphysik Dozent Prof. F. Pauss

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Pr¨ ufungsart Physik, Schlussdiplom Teil A Pr¨ ufungssession Herbst 2005

Fach Kern- und Teilchenphysik Dozent Prof. F. Pauss

Ich halte meinen Einstiegsvortrag ¨uber das Goldhaber Experiment.

Anschliessend fragt Frau Pauss wieso das Experiment so wichtig sei. Ich antwortete, dass Teilchen, die nur LH oder RH seien in Zusammenhang ste- hen mit den Verletzungen in der schwachen Wechselwirkung. Pauss meinte, dass man das ja schon vom Wu Experiment wusste. Darauf hin sagte ich, dass es wegen den W-Bosonen sei, die nur an LH Teilchen koppeln. Damit war sie zufrieden.

Themawechsel: Rutherford

Ich sollte ein Feynman Diagramm von e ⁻ , Nukleon Streuung aufzeichnen.

Einfaches Diagramm mit Gamma-Austausch und Vertices e, Ze und Zeitach- se angeben. Dann wollte sie die Annahmen f¨ur den Wirkungsquerschnitt:

• Z α ≪ 1 −→ Störungsrechnung gerechtfertigt (wichtiger Punkt für Pauss), Born’sche Näherung

• pktf¨ormige Teilchen

• Spin vernachl¨assigt

• kein R¨uckstoss

Dann wollte sie wissen, wie man den Wirkungsquerschnitt herleitet. Ich ant- wortete, dass das Matrixelement entscheidend sei

M f i =< Ψ f |H int |Ψ i > mit H int = eΦ P: Wie sehen die Ψ’s aus?

I: Ebene Wellen e ⁱ

^px^~

, wegen Born’scher N¨aherung

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P: Und wie kommt man nun auf den Wirkungsquaerschnitt?

I: Mit der Fermi-Goldenen Regel Σ = ...|M f i | ² ρV P: Wie misst man die e ⁻ ?

I: Mit el.mag. Kalorimeter P: Gibt es da verschiedene?

I: Szintillatoren (Kristalle), Blei/Kristall/Blei P: Wie heissen die?

I: Sandwiches

P: Welche haben die bessere Aufl¨osung?

I: Die Kristalle P: Wieso?

I: (War mir nicht wirklich sicher) Szintillatoren haben sehr gute Lichtausbeu- te und in den Sandwiches kann es in den dichten Schichten Verluste geben (Absorption).

P: (Nicht ganz zufrieden) In Sandwiches gibt es mehr Fluktuationen. Wie gut ist die Aufl¨osung?

I: Wir hatten Formel in der Vorlesung, f¨ur el.mag. Kalorimeter _E ^σ = ¹ ⁻ ^√ ^2% _E P: Was gibt es so f¨ur Effekte im Detektor?

I: Photoeffekt, Compton-Streuung, Paarbildung P: Welcher ist wichtig bei grossen Energien?

I: Paarbildung Themawechsel

P: Feynman Diagramm f¨ur e ⁺ e ⁻ Kollision

I: Zeichne es mit Gamma- und Z 0 -Austausch und q¯ q das entsteht P: Zeichnen sie den Wirkungsquerschnitt daf¨ur.

I: Zeichne ihn wie im Skript und schreibe gleich die verschiedenen Resonan- zen an.

P: Aus was f¨ur Quarks bestehen diese Teilchen?

I: Ω, ρ: u,d; Φ: s¯ s; J/Ψ: c¯ c; Y : b ¯ b P: Energiebereich dieser Grafik?

I: Schreibe gleich die genauen Energien der Resonanzen hin

P: Was passiert zwischen den Resonanzen? (Zeigt auf Bereich des Wirkungs- querschnitts wo er linear abf¨allt)

I: nicht-resonante Teilchenerzeugung P: Was heisst das?

I: Die Energie reicht nicht um ein n¨achst schwereres Teilchen zu bilden. Die ubersch¨ussige Energie wird dem Teilchen mitgegeben. ¨

P: Was ist z.B. hier? (zeigt auf Grafik zwischen J/Ψ und Y )

I: Da k¨onnen nur die Quarks u,d,s,c gebildet werden. Z.B. zum J/Ψ kann

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noch ein q q-Paar bebildet werden. (Zeichne zum Feynman Diagramm von ¯ vorher noch eine ”Anlagerung”von u¯ u zu c¯ c)

P: Woher kommen diese q q-Paare? ¯ I: Aus dem Gluonenfeld.

Themenwechsel

P: Kernspaltung, z.B. induzierte Spaltung von ²³⁵ U I: Schreibe Reaktion auf:

235 U + n → ²³⁶ U* → ³⁶ Kr + ⁵⁶ Ba + 2,43n + 204 MeV P: Was sind das f¨ur n die entstehen?

I: Prompte n P: Energie?

I: ∼ 2 MeV

P: Und was braucht es f¨ur die Spaltung?

I: thermische P: Energie?

I: ∼ ₄₀ ¹ eV

P: Wer bekommt die freiwerdende Energie?

I: n, Gammas, Kerne P: Wer den Hauptteil?

I: Die schwersten Teile → Tochterkerne P: Wirkungsquerschnitt?

I: (Zeichne f¨ur ²³⁵ U, ²³⁸ U wie im Skript) P: Energiebereich wo ²³⁸ U ansteigt?

I: ∼ 10 ⁶ eV P: ganz links?

I: ∼ 0.02 eV

P: Wieso reichen bei ²³⁵ U thermische n’s?

I: ²³⁵ U wird ²³⁶ U, was gg-Kern ist → es wird noch Paarungsenergie frei.

Bindungs- u. Paarungsenergie zusammen ist oberhalb der Spaltschwelle von

236 U.

P: Wie ist es bei ²³⁸ U?

I: ²³⁸ U ist ungerader Kern → keine Paarungsenergie. Brauche prompte n’s um Schwellenenergie zu ¨uberschreiten

Fertig.

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Fach Kern- und Teilchenphysik Dozent Prof. F. Pauss

Pr¨ ufungsart Physik, Schlussdiplom Teil A Pr¨ ufungssession Herbst 2005

Fach Kern- und Teilchenphysik Dozent Prof. F. Pauss

Ich halte meinen Einstiegsvortrag ¨uber das Goldhaber Experiment.

Themawechsel: Rutherford

Ich sollte ein Feynman Diagramm von e − , Nukleon Streuung aufzeichnen.

Einfaches Diagramm mit Gamma-Austausch und Vertices e, Ze und Zeitach- se angeben. Dann wollte sie die Annahmen f¨ur den Wirkungsquerschnitt:

• Z α ≪ 1 −→ Störungsrechnung gerechtfertigt (wichtiger Punkt für Pauss), Born’sche Näherung

• pktf¨ormige Teilchen

• Spin vernachl¨assigt

• kein R¨uckstoss

Dann wollte sie wissen, wie man den Wirkungsquerschnitt herleitet. Ich ant- wortete, dass das Matrixelement entscheidend sei

M f i =< Ψ f |H int |Ψ i > mit H int = eΦ P: Wie sehen die Ψ’s aus?

I: Ebene Wellen e i

, wegen Born’scher N¨aherung

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P: Und wie kommt man nun auf den Wirkungsquaerschnitt?

I: Mit der Fermi-Goldenen Regel Σ = ...|M f i | 2 ρV P: Wie misst man die e − ?

I: Mit el.mag. Kalorimeter P: Gibt es da verschiedene?

I: Szintillatoren (Kristalle), Blei/Kristall/Blei P: Wie heissen die?

I: Sandwiches

P: Welche haben die bessere Aufl¨osung?

I: Die Kristalle P: Wieso?

I: (War mir nicht wirklich sicher) Szintillatoren haben sehr gute Lichtausbeu- te und in den Sandwiches kann es in den dichten Schichten Verluste geben (Absorption).

P: (Nicht ganz zufrieden) In Sandwiches gibt es mehr Fluktuationen. Wie gut ist die Aufl¨osung?

I: Wir hatten Formel in der Vorlesung, f¨ur el.mag. Kalorimeter E σ = 1 − √ 2% E P: Was gibt es so f¨ur Effekte im Detektor?

I: Photoeffekt, Compton-Streuung, Paarbildung P: Welcher ist wichtig bei grossen Energien?

I: Paarbildung Themawechsel

P: Feynman Diagramm f¨ur e + e − Kollision

I: Zeichne es mit Gamma- und Z 0 -Austausch und q¯ q das entsteht P: Zeichnen sie den Wirkungsquerschnitt daf¨ur.

I: Zeichne ihn wie im Skript und schreibe gleich die verschiedenen Resonan- zen an.

P: Aus was f¨ur Quarks bestehen diese Teilchen?

I: Ω, ρ: u,d; Φ: s¯ s; J/Ψ: c¯ c; Y : b ¯ b P: Energiebereich dieser Grafik?

I: Schreibe gleich die genauen Energien der Resonanzen hin

P: Was passiert zwischen den Resonanzen? (Zeigt auf Bereich des Wirkungs- querschnitts wo er linear abf¨allt)

I: nicht-resonante Teilchenerzeugung P: Was heisst das?

I: Die Energie reicht nicht um ein n¨achst schwereres Teilchen zu bilden. Die ubersch¨ussige Energie wird dem Teilchen mitgegeben. ¨

P: Was ist z.B. hier? (zeigt auf Grafik zwischen J/Ψ und Y )

I: Da k¨onnen nur die Quarks u,d,s,c gebildet werden. Z.B. zum J/Ψ kann

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noch ein q q-Paar bebildet werden. (Zeichne zum Feynman Diagramm von ¯ vorher noch eine ”Anlagerung”von u¯ u zu c¯ c)

P: Woher kommen diese q q-Paare? ¯ I: Aus dem Gluonenfeld.

Themenwechsel

P: Kernspaltung, z.B. induzierte Spaltung von 235 U I: Schreibe Reaktion auf:

235 U + n → 236 U* → 36 Kr + 56 Ba + 2,43n + 204 MeV P: Was sind das f¨ur n die entstehen?

I: Prompte n P: Energie?

I: ∼ 2 MeV

P: Und was braucht es f¨ur die Spaltung?

I: thermische P: Energie?

I: ∼ 40 1 eV

P: Wer bekommt die freiwerdende Energie?

I: n, Gammas, Kerne P: Wer den Hauptteil?

I: Die schwersten Teile → Tochterkerne P: Wirkungsquerschnitt?

I: (Zeichne f¨ur 235 U, 238 U wie im Skript) P: Energiebereich wo 238 U ansteigt?

I: ∼ 10 6 eV P: ganz links?

I: ∼ 0.02 eV

P: Wieso reichen bei 235 U thermische n’s?

I: 235 U wird 236 U, was gg-Kern ist → es wird noch Paarungsenergie frei.

Bindungs- u. Paarungsenergie zusammen ist oberhalb der Spaltschwelle von

236 U.

P: Wie ist es bei 238 U?

I: 238 U ist ungerader Kern → keine Paarungsenergie. Brauche prompte n’s um Schwellenenergie zu ¨uberschreiten

Fertig.

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Ich sollte ein Feynman Diagramm von e ⁻ , Nukleon Streuung aufzeichnen.

I: Ebene Wellen e ⁱ

I: Mit der Fermi-Goldenen Regel Σ = ...|M f i | ² ρV P: Wie misst man die e ⁻ ?

I: Wir hatten Formel in der Vorlesung, f¨ur el.mag. Kalorimeter _E ^σ = ¹ ⁻ ^√ ^2% _E P: Was gibt es so f¨ur Effekte im Detektor?

P: Feynman Diagramm f¨ur e ⁺ e ⁻ Kollision

P: Kernspaltung, z.B. induzierte Spaltung von ²³⁵ U I: Schreibe Reaktion auf:

235 U + n → ²³⁶ U* → ³⁶ Kr + ⁵⁶ Ba + 2,43n + 204 MeV P: Was sind das f¨ur n die entstehen?

I: ∼ ₄₀ ¹ eV

I: (Zeichne f¨ur ²³⁵ U, ²³⁸ U wie im Skript) P: Energiebereich wo ²³⁸ U ansteigt?

I: ∼ 10 ⁶ eV P: ganz links?

P: Wieso reichen bei ²³⁵ U thermische n’s?

I: ²³⁵ U wird ²³⁶ U, was gg-Kern ist → es wird noch Paarungsenergie frei.

P: Wie ist es bei ²³⁸ U?

I: ²³⁸ U ist ungerader Kern → keine Paarungsenergie. Brauche prompte n’s um Schwellenenergie zu ¨uberschreiten