Table of Contents
1 Relativistische Wellengleichungen.- 1.1 Vorbemerkungen.- 1.2 Betrachtungen zur Schrödingergleichung.- 1.3 Die Klein-Gordon-Gleichung.- 1.4 Die Dirac-Gleichung.- 1.5 Nichtrelativistischer Grenzfall der Dirac-Gleichung.- 1.6 Dirac-Gleichung für ein Elektron im elektromagnetischen Feld.- 1.7 Übungsaufgaben.- 2 Relativistische Kovarianz der Dirac-Gleichung.- 2.1 Vierervektoren, Lorentz-Transformation.- 2.1.1 Vierervektoren.- 2.1.2 Lorentz-Transformation.- 2.1.3 Drehung des Koordinatensystems.- 2.2 Die-Matrizen.- 2.3 Ebene Wellen. Dirac-Spinoren.- 2.4 Kovarianz der Dirac-Gleichung.- 2.4.1 Problemstellung.- 2.4.2 Transformation der Lösungen relativistischer Wellengleichungen.- 2.4.3 Rotation um die z-Achse.- 2.4.4 Lorentz-Transformation längs der z-Achse.- 2.4.5 Eigenschaften der Transformations-Matrizen.- 2.4.6 Raumspiegelung und Zeitumkehr.- 2.5 Spin des Elektrons.- 2.6 Skalare und vektorielle Bilinearformen.- 2.6.1 Skalar.- 2.6.2 Viererstromdichte.- 2.6.3 Pseudoskalar und Axialvektor.- 2.7 Übungsaufgaben.- 3 Interpretation der Lösungen negativer Energie.- 3.1 Stückelberg-Feynman-Bild der Antiteilchen.- 3.2 Die Wellenfunktionen des Positrons.- 3.3 Übungsaufgaben.- 4 Feynman-Graphen.- 4.1 Greensche Punktion.- 4.2 Elektron-Propagator.- 4.2.1 Berechnung der Greenschen Funktion.- 4.2.2 Propagator und zeitliche Entwicklung.- 4.3 Matrixelement für Elektronenstreuung.- 4.3.1 Matrixelement 1. Ordnung.- 4.3.2 Matrixelement 2. Ordnung.- 4.3.3 Anwendungsbeispiel: Streuung an einem Atomkern.- 4.4 Photon-Propagator.- 4.5 Feynman-Regeln.- 4.5.1 Konventionen zu Feynman-Diagrammen.- 4.5.2 Strom-Strom-Kopplung.- 4.5.3 Elementarprozesse.- 4.6 Übungsaufgaben.- 5 Anwendung der Feynman-Graphen.- 5.1 Streuung nichtrelativistischer Elektronen an Kernen.- 5.2 Streuung relativistischer Elektronen an Kernen.- 5.2.1 Spin-Summationen.- 5.2.2 Sätze über Spuren.- 5.2.3 Wirkungsquerschnitt für Elektron-Kern-Streuung.- 5.3 Elektron-Fermion-Streuung.- 5.3.1 Differentieller Wirkungsquerschnitt für Zweikörperreaktionen.- 5.3.2 Wirkungsquerschnitt für unpolarisierte Teilchen.- 5.4 Myon-Paarerzeugung.- 5.5 Elektron-Elektron- und Elektron-Positron-Streuung.- 5.5.1 Elektron-Elektron-Streuung.- 5.5.2 Elektron-Positron-Streuung.- 5.6 Teilchen-Antiteilchen-Symmetrie.- 5.7 Compton-Streuung und Elektron-Positron-Vernichtung in—-Quanten.- 5.7.1 Compton-Streuung.- 5.7.2 Annihilation in zwei—-Quanten.- 5.8 Übungsaufgaben.- 6 Schwache Wechselwirkungen.- 6.1 Fermi-Theorie, intermediäre Bosonen.- 6.2 Paritätsverletzung, (V-A)-Theorie.- 6.2.1 Eigenparitäten der Leptonen und Quarks.- 6.2.2 Helizität und Chiralität.- 6.3 Pion-Zerfall.- 6.4 Neutrino-Lepton-Reaktionen.- 6.5 Schwache Wechselwirkungen von Hadronen, Cabibbo-Winkel.- 6.6 Schwache neutrale Ströme.- 6.7 Schwacher Isospin, Charm-Quark.- 6.8 Übungsaufgaben.- 7 Lepton-Quark-Wechselwirkungen, Parton-Modell.- 7.1 Einführung.- 7.2 Elektron-Kern-Streuung, Formfaktor.- 7.3 Nukleon-Formfaktoren.- 7.4 Inelastische Elektron-Nukleon-Streuung.- 7.4.1 Inelastische Streuung als Mittel der Struktur-Analyse.- 7.4.2 Kinematik und Wirkungsquerschnitt für inelastische Elektron-Nukleon-Streuung.- 7.5 Skaleninvarianz und Parton-Modell.- 7.6 Quark-Parton-Modell.- 7.7 Tief inelastische Neutrino-Nukleon-Streuung.- 7.7.1 Strukturfunktionen der Neutrino-Streuung.- 7.7.2 Antiquark-Inhalt der Nukleonen.- 7.8 Elektron-Positron-Vernichtung in Hadronen.- 7.9 Lepton-Paarerzeugung in Hadron-Stö?en.- 7.10 Übungsaufgaben.- 8 Divergenz-Probleme in der schwachen Wechselwirkung.- Überschreiten der Unitaritätsgrenze bei der Punkt- Wechselwirkung.- Divergenzen im W-Boson-Modell.- Kompensation der Divergenz durch ein neutrales Feldquant.- 9 Eichinvarianz als dynamisches Prinzip.- 9.1 Eichinvarianz und Maxwellsche Gleichungen.- 9.2 Eichinvarianz in der Quantenmechanik.- 9.3 Globale und lokale Phasentransformationen.- 9.4 Das Eichprinzip.- 9.5 Eichinvarianz und Masse der Feldquanten.- 9.6 Polarisationsvektoren für Photonen.- 9.7 Bedeutung der Potentiale in der Quantentheorie.- 9.8 Übungsaufgaben.- 10 Eichinvarianz bei massiven Vektor-Feldern.- 10.1 Die Erzeugung einer Photon-Masse im Supraleiter.- 10.2 Die Higgs-Teilchen als Verallgemeinerung der Cooper-Paare.- 10.2.1 Das Higgs-Potential.- 10.3 Der Higgs-Mechanismus im Lagrange-Formalismus.- 10.3.1 Wechselwirkung zwischen Higgs-Feld und elektromagnetischem Feld.- 10.4 Übungsaufgaben.- 11 Das Standard-Modell der elektroschwachen Wechselwirkung.- 11.1 Phaseninvarianz in der SU(2)-Symmetrie.- 11.2 Schwacher Isospin, schwache Hyperiadung.- 11.3 Lokale SU(2)l× U(l)-Transformationen, Kopplungen der Fermionen.- 11.4 Feynman-Regeln der elektroschwachen Wechselwirkung.- 11.5 Die Massen der W- und Z-Bosonen.- 11.6 Die Massen der geladenen Fermionen.- 11.7 Selbstwechselwirkung der Eichbosonen.- 11.8 Eigenschaften der W- und Z-Bosonen.- 11.8.1 Berechnung der Zerfallsraten.- 11.8.2 Erzeugung der Z0-Bosonen in der e-e+-Annihilation.- 11.9 Experimentelle Verifikation des Standard-Modells.- 11.9.1 Zahl der Neutrino-Familien.- 11.9.2 Lepton-Universalität, Mischungswinkel.- 11.9.3 Eingrenzung der Top-Quark-Masse.- 11.10 Übungsaufgaben.- 12 Quanten-Chromodynamik.- 12.1 Historische Entwicklung der QCD.- 12.2 SU(3)-Symmetrie und Quarkmodell.- 12.2.1 Antiquarks.- 12.2.2 Quark-Antiquark-Zustände: Mesonen.- 12.2.3 Drei-Quark-Zustände: Baryonen.- 12.3 Farbladungen.- 12.3.1 Die Farbe als innere Quantenzahl der Quarks.- 12.3.2 Experimentelle Evidenz für die drei Farben.- 12.3.3 Farbladungen der Gluonen.- 12.4 Lokale SU(3)c-Invarianz, Gluon-Felder.- 12.4.1 Lokale SU(3)c-Transformationen.- 12.4.2 Kopplungen zwischen Quarks und Gluonen.- 12.4.3 Singulett-Gluon und Reichweite der starken Kräfte.- 12.5 Stabilität der $$ q\bar q $$-und qqq-Systeme.- 12.6 Asymptotische Freiheit und Confinement.- 12.6.1 Einführung effektiver Ladungen.- 12.6.2 Renormierung und Q2-Abhängigkeit der Kopplung.- 12.6.3 Confinement.- 12.7 Experimentelle Ergebnisse zur QCD.- 12.7.1 Entdeckung und Eigenschaften der Gluonen.- 12.7.2 Verletzung der Skaleninvarianz.- 12.7.3 Bestimmung von—s.- 12.8 Ausblick.- 12.9 Übungsaufgaben.- A Lagrange-Funktion für ein Teilchen im elektromagnetischen Feld.- B Lagrange-Formalismus in der Quantenfeldtheorie.- C Polarisationsvektoren für Spin-1-Teilchen.- Literatur.
