Pr¨ ufungsart: Physik, Teil A

Pr¨ ufungsart: Physik, Teil A

Pr¨ ufungssession: Herbst 2006

Fach: Kern- und Teilchenphysik I

Dozent: Prof. Dr. G. Dissertori

I: (Zu Beginn musste man einen kleinen Vortrag halten, entschied mich f¨ ur das Goldhaber-Experiment)

D: Fahren wir mit einem anderen Thema weiter. Wie lautet das Gesetz des radioaktiven Zerfalls?

I: (Gleich mal verwirrt) Es gibt α, β, γ - Zerf¨ alle... F¨ ur alle Zerf¨ alle?

D: Ja, f¨ ur alle Zerf¨ alle.

I: Ok, ^dN _dt = λN (etwas unsicher, zu Recht...)

D: (sagt lange nichts) Ist λ eine positiv definite Gr¨ osse?

I: (schreibe N(t) = e ^−λt N (0) auf und erkenne das fehlende Minus).

D: Genau. Wie lautet jetzt die Halbwertszeit?

I: t _1/2 = ^ln2 _λ

D: Und wenn man es jetzt bestimmen m¨ usste?

I: Experimentell?

D: Nein, aus der Formel.

I: Ja, dann setzt man einfach 1/2N (0) = e ^... (er macht den Satz gleich selbst fertig, das passiert in dieser Pr¨ ufung noch h¨ aufig, keine Ahnung, wieso...)

D: Welche Arten von Radioaktivit¨ at kennen Sie, die nat¨ urlich vorkommen?

I: (will gleich mal mit irgendeinem α-Zerfall anfangen, er unterbricht dann aber und fragt:)

D: Gibt es auch hier drin Radioaktivit¨ at?

I: Ja, z.B. vom Gestein. Relativ h¨ aufig ist Radon, welches aus einer Uran- Zerfallsreihe stammt, gasf¨ ormig ist und dann mit α-Strahlung zerf¨ allt.

D: Gut. Kennen Sie die C ¹⁴ - Methode?

I: (Erk¨ are skizzenhaft C ¹⁴ - Methode, Formeln will er keine sehen) D: Was ist denn die Halbwertszeit von C ¹⁴ ?

I: So um die 5000 Jahre.

D: Schreiben Sie mal die Eichgruppe des Standardmodells auf.

I: (D’oh!) (Schreibe SU (2) _Y × U(1) × SU (3) _C auf und weiss nicht mehr, wie jetzt das genau mit den Indizes geht...).

D: (Sagt lange nichts und weisst dann auf das

Y

hin, das am falschen Ort steht, was ich inzwischen auch selbst geahnt habe. Er erkl¨ art mir dann etwas dazu, aber da ich das sowieso noch nie so recht begriffen habe...)

D: Was kennen Sie f¨ ur Eichbosonen der Elektroschwachen-WW?

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I: W ^± , Z, γ

D: Was geh¨ ort jetzt zu welcher WW?

I: (Erkl¨ are die Sache mit der Vermischung von |B ⁰ > und |W ⁰ > uber Weinberg- ¨ winkel und zu welchem Isospin-Triplett/Singlett sie geh¨ oren).

D: Wie h¨ angen die Ladungen der schwachen und ELM-WW zusammen?

I: e = g · sinθ _W

D: Wissen Sie wie man die W-Teilchen entdeckt hat?

I: In den Achtzigerjahren am CERN, indem man Protonen auf Antiprotonen schoss (male nach R¨ uckfrage so ein Bild mit Proton und Antiproton, die jeweils die entsprechenden Quarks enthalten und erw¨ ahne, dass z.B. f¨ ur das W ⁺ ein u und ein d ¯ annihilieren).

D: Zeichnen Sie doch das Feynman-Diagramm dazu.

I: (Zeichne Feynman-Diagramm, ohne Zerf¨ alle zu beschriften) D: In was zerf¨ allt denn das W ⁺ ?

I: Naja, in ziemlich viel, da ja sowohl Quarks wie auch Leptonen schwache Ladung tragen.

D: Man misst meist den leptonischen Zerfallskanal...

I: (Vervollst¨ andige also Feynman-Diagramm mit Zerfall in Positron und (f¨ alschli- cherweise) Antineutrino)

D: Sind Sie sicher, dass das ein Antineutrino sein muss?

I: Hm, die Leptonenzahl muss erhalten sein... Ah, nein, ein Neutrino.

D: Wie geht das genau mit der Farbladung der Quarks?

I: (Etwas verwirrt wegen der doch sehr allgemeinen Frage...) D: Wieso kann man z.B. keine freien Quarks beobachten?

I: (Male Zusammensetzung eines Pions auf und erkl¨ are, dass sich die Farben aufheben m¨ ussen in beobachtbaren Teilchen, dass Farbe eingef¨ uhrt wurde wegen Antisymmetrie der Wellenfunktion, male Grafik f¨ ur Confinement auf)

D: Formfaktor beim Nukleon. Wie kann man damit etwas ¨ uber die Ladungsvertei- lung aussagen?

I: Formfaktor ist Fouriertrafo der Ladungsverteilung (zeichne nach Aufforderung von ihm den Formfaktor f¨ ur eine Kugel mit hartem Rand und f¨ ur eine Punktladung) D: Wie kann man sich erkl¨ aren, dass der Formfaktor kleiner wird mit wachsendem Q?

I: Das Q ist ein Mass f¨ ur die Aufl¨ osung: Wenn Q gross ist, dann

sieht

das γ nicht mehr die gesamte Ladung und daher wird der Formfaktor kleiner.

D: Und wie kann man daraus auf die gesamte Ladung schliessen?

I: (Etwas verwirrt bastle ich ein etwas undurchsichtiges Konzept, doch er unter- bricht...)

D: Drehen Sie einfach das Argument um.

I: Wenn die Aufl¨ osung klein ist, dann sieht man die gesamte Ladung (etwas verwirrt: Wollte er wirklich nur das h¨ oren?).

D: Wie misst man denn den Formfaktor?

2

I: Man macht ein Modell f¨ ur den WQ z.B. ^dσ _dΩ

M ott und vergleicht mit dem Messergebnis, das _dΩ ^dσ

M ott · (A(q) + 2τ B(q)tan ² θ) entspricht und erh¨ alt die Formfaktoren durch dividieren und

geschickt

auftragen (gegen¨ uber tan ² ).

D: Wie kann man sich das Enstehen eines magnetischen Formfaktors erkl¨ aren?

I: Ja, vielleicht, wenn man die Spins der Quarks ber¨ ucksichtigt...

D: Sie m¨ ussen gar nicht die Quarks anschauen, betrachten sie z.B. p-n-Streuung.

I: Da haben beide Teilchen ein mag. Moment und das eine Teilchen wird dann vom Magnetfeld des anderen beeinflusst (er unterbricht wieder und macht den Satz gleich selbst fertig...).

D: Wie misst man die Energie eines Elektrons?

I: Mit einem Kalorimeter (male Kristall auf mit Photomultiplier und erkl¨ are:

Energie Elektron proportional zu Signal an Photomultiplier) D: Wie verliert denn das Elektron Energie in der Materie?

I: Bremsstrahlung, Ionisation (erkl¨ are ein bischen)

D: Zeichnen Sie doch mal das Feynman-Diagramm f¨ ur Bremsstrahlung.

I: (Konnte mich nicht erinnern, das mal gesehen zu haben, aber gl¨ ucklicherweise hab ich es auf Anhieb richtig hingebracht.)

D: Wie verliert denn ein Photon Energie in der Materie?

I: Photoeffekt, Compton-Streuung, Paarerzeung (erkl¨ are wieder ein wenig) D: Wie sieht denn das Feynman-Diagramm f¨ ur Compton-Streuung aus?

I: (Will mit Streuung an Kern beginnen, er meint aber, an Elektron sei h¨ aufi- ger)(Nach einem leichten Hinweis von ihm, dass es wohl ¨ ahnlich aussieht wie das Diagramm von vorher, male ich auch das an die Tafel).

Der Pr¨ ufungsstil ist sehr angenehm, Dissertori l¨ asst einem genug Zeit, wenn man mal die Antwort nicht gleich weiss oder gibt einen Hinweis, wie man darauf kommen k¨ onnte. Mir war nicht immer ganz klar, was er genau h¨ oren wollte, da er sehr viele Themen anschneidet und diese manchmal nicht wirklich einen Zusammenhang zu haben scheinen. Meistens wollte er aber nur eine einfache Erkl¨ arung f¨ ur ein Ph¨ ano- men und keine grossen Rechnereien oder Theorien.

(Note: 6)

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