Prüfungsart Physik, Teil A Prüfungssession Herbst 2005 Fach Kern- und Teilchenphysik I DozentIn Prof. F. Pauss
Man steht am Whiteboard im Büro von Frau Pauss, sie sitzt hinter dem Schreibtisch, kommt aber manchmal zur Tafel um zu helfen und die Tafel zu putzen.
P: Beginnen Sie bitte mit Ihrem Thema
I: Postulierung des Neutrinos, wegen kontinuierlichem Beta-Spektrum, Energie nicht erhalten. Entdeckung durch Cowan-Reines. Erkläre das Expe- riment im Detail. Sie hat keine Kommentare und Fragen dazu.
P: Sie haben von Neutrinos aus dem Reaktor gesprochen. Wie funktio- niert dort die induzierte Spaltung?
I: Uran durch thermisches Neutron angeregt, über Spaltungsbarriere, zer- fällt z.B. in Kr und Ba, Neutronen und 200 MeV.
P: Welche Energie hat so ein thermisches Neutron?
I: Mache ein Durcheinander, sage MeV, ist natürlich falsch.
P: Was bedeutet thermisch eigentlich? Bei welcher Temperatur ist man da?I: Raumtemperatur, Energie kT, also meV, nicht MeV.
P: Genau. Warum verwendet man gerade Uran 235?
I: Kern ist gerade/ungerade. Bei Spaltung wird Paarungsenergie frei, da- her reicht es, thermische Neutronen zu haben. Bei denen ist Wirkungsquer- schnitt gross für Einfang. Bei Uran 238 funktionert das nicht, da doppelt gerade.
P: Wie sieht denn der Wirkungsquerschitt in Abhängigkeit der Energie der Neutronen aus? Sinkt oder steigt er für höhere Energien?
I: Er sinkt für höhere Energien.
P: Zurück zu den Neutrinos. Welche Familien gibt es? Wie kann man nachweisen, dass es nur so viele gibt?
I: Male die 3 Leptonenfamilien. Erkläre Breite der Z-Resonanz, mit For- mel. Zeichne Diagramm der Resonanzkurve. Wenn es mehr Neutrinofamilien gibt, ist der Wirkungsquerschnitt tiefer und breiter, wenn es weniger gibt, ist er höher und schmäler. Experiment stimmt gut mit 3 Familien überein.
P: Was ist das genau für eine Energie an der x-Achse?
I: Schwerpunktsenergie.
P: Von was?
I: e+/e−. Könnte auch p¯p sein. Aber dann kennt man die Energie nicht so genau, weil man ja die Impulse der Quarks nicht so genau kennt. Also wars wohle+/e−.
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P: Ja. Welche Methode kennen Sie noch, um die Anzahl Neutrinofamilien zu bestimmen?
I: Primordiale Nukleosynthese. Erkläre genau wie im Skript, sie fragt nicht mehr genauer nach.
P: Ok. Welche Bedingung gilt für diese Familien, bei dieser Methode und bei der Methode mit dem Z?
I: bei PN alle Familien mit Masse < 1 MeV. Bei Z, alle mit Masse <
MZ/2 also < 45 GeV welche ans Z koppeln.
P: Zurück zum Z. Wie misst man seine Masse.
I: Zeichne mal die Erzeugung eines Z aus u¯u und Zerfall in e+e−. Habe aber keine Ahnung, wie man daraus die Masse messen kann. Ich komme darauf, dass es aus den Zerfallsprodukten sein muss. Sage, aus der Energie der Zerfallsprodukte.
P: Ja, aber was misst man?
I: Weiss nicht worauf sie hinaus will... Schliesslich kommt raus, dass es die Masse der Zerfallsprodukte ist. Ich frage mich, wo da der Unterschied liegt...
P: Nochmals Themawechsel. Zeichnen sie das Feynman-Diagramm für denµ−-Zerfall. Was ist an den Vertizes.
I: Zeichne. An den Vertizes ist g, da schwache Wechselwirkung.
P: Und wie siehts beim Beta-Zerfall des Neutrons aus?
I: Man hat beim u/d-Quark g·cos Θc, Cabibbowinkel, wegen Übergang zwischen Quarkfamilien.
P: Ja. Wir haben das erweitert auf die CKM-Matrix für alle 3 Familien.
Wo liegt der Eintrag für u/d?
I: Oben links. Auf der Diagonalen sind die Einträge für Übergänge in- nerhalb der Familien.
P: Wie gross ist dieser Eintrag? Wie gross sind die andern?
I: Diagonalterme fast 1, also > 0.9. Zwischen benachbarten Familien, 1:20 unterdrückt.
P: Ich glaube, es ist 0.2
I: Ja, das 1:20 ist es, wenn man es dann quadriert. Zwischen nicht be- nachbarten Familien sehr klein, 0.00...
P: Ok. Ich habe keine weiteren Fragen mehr.
Die Prüfung dauerte nur 20 Minuten. Sie wünscht noch viel Glück für die weiteren Prüfungen (war der erste Tag der Prüfungssession). Allgemein an- genehme Prüfungsatmosphäre, man muss aber viele Zahlen wissen! Sie fragt nur, was im Skript steht, das aber sehr detailliert.
Note: 6
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