02. Übersicht
Verfasst: 26. Feb 2009, 01:46
[anker]2[/anker]2. Übersicht
[anker]2-1[/anker]2.1 Inhalte
Um nun diese Diskussionen wie sie heute stattfinden in den richtigen Kontext einordnen zu können, muss man erstmal diesen Kontext kennen lernen. D.h. man muss einige der fundamentalen Konzepte verstanden haben und die Erfolge des Standardmodells würdigen können, bevor man dann zu den zentralen Problemen und ungelösten Fragen übergeht. Was möchte ich also vorstellen bzw. diskutieren? Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik bzw. ausgewählte Themen, die ich für wichtig bzw. interessant halte:
3. Generelle Konzepte: Teilchenbegriff, Felder, Symmetrien
4. Elementarteilchen und Klassifizierungsschemata
5. Einschub - Das Standardmodell
6. Das Vakuum, Teilchen und Antiteilchen, virtuelle Teilchen
7. Pfadintegrale, Feynmandiagramme und Renormierung *)
8. Symmetrien I: Liealgebren und -gruppen
9. Symmetrien II: Eichtheorien, Constraints / Gauss-Gesetz
10. starke WW / QCD I: Quarkmodell, SU(3) Flavor-Symmetrie
11. starke WW / QCD II: Asymptotische Freiheit, Confinement, chirale Symmetriebrechung
12. starke WW / QCD III: Tiefinelastische Streuung, Formfaktoren und Strukturfunktionen
13. starke WW / QCD IV: Gittereichtheorie *)
14. schwache WW I: theoretische Konzepte chirale Struktur, Neutrinos, Higgs
15. schwache WW II: physikalische Effekte
16. Verschiedenes.: Fadeev-Popov-Geister, Anomalien, theta-Vakuum, CP-Verletzung, Axion, Instantonen / magn. Monopole, chirale Symmetriebrechung, ... *)
17. Probleme des Standardmodells: freie Parameter, Hierarchieproblem, Renormierung, … *)
18. Jenseits des Standardmodells / Ausblick: GUTs, SUSY/MSSM, SUGRA, Strings *)
*) noch unfertig
Die Auswahl ist subjektiv! Zum einen greife ich auf Diskussionen und Beiträge im Forum zurück, die bereits vorliegen und die einigermaßen abgeschlossen sind – einfach weil sie bereits da sind. Zum anderen habe ich einige Teile neu geschrieben, weil sie m.E. hier eine zentrale Rolle spielen.
Ich möchte das Standardmodell in weiten Bereichen so darstellen, wie wir es heute verstehen. Der große Vorteil ist, dass es daran eben seit ca. 30 Jahren wenig zu diskutieren gibt. Das Feld ist (aus der Sicht eines Laien) ziemlich abgeschlossen und in sich konsistent. Zwar wird intensiv weiter gearbeitet (sowohl theoretisch als auch experimentell), allerdings gab es doch wenige Überraschungen. Aus diesem Grund möchte ich auch neuer Forschungen wie SUSY, SUGRA und Stringtheorie nur am Rande erwähnen. In der Hauptsache geht es um eine etablierte Theorie ohne spekulativen Charakter.
[anker]2-2[/anker]2.2 Zur Darstellung
Ich versuche, die einzelnen Themen eher unabhängig voneinander zu halten. Niemand soll gezwungen werden, (z.B.) etwas über Feynmandiagramme zu lesen, bevor er / sie Details der QCD kennen lernen möchte. Es ist natürlich schon sinnvoll, die Themen der Reihe nach durchzuarbeiten, aber es sollte auch möglich sein, nur einzelne Punkte herauszupicken.
Im Wesentlichen ergibt sich eine Zweiteilung in eher theoretisch-mathematisch und eher experimentell-phänomenologisch orientierte Beiträge. Beide Teile sind in sich geschlossen und können jeweils ohne Querbezug gelesen werden. Ich hatte mir überlegt, eine stärkere Durchmischung vorzunehmen, dies schien mir jedoch aus mehreren Gründen nachteilig zu sein:
- die Beiträge lagen bereits in der o.g. Struktur vor
- unter der Durchmischung leidet die strukturelle Klarheit
- spätere Erweiterungen werden schwierig
Bzgl. der Darstellung und des Schwierigkeitsgrades: Elementarteilchenphysik ist ja kein ganz leichtes Thema; insbs. wenn man es ernsthaft betreibt, muss man eine Menge (nicht gerade einfacher) Mathematik lernen. Natürlich habe ich weder den Anspruch, dies hier in allen Details vorzustellen, noch gar eine Einführung in die entsprechende Mathematik zu geben. Was ich jedoch tun möchte ist, einige zentrale mathematische Konzepte vorzustellen und hinsichtlich ihrer physikalischen Bedeutung zu erläutern. Es gibt einige Themen, insbs. die (Eich-)Symmetrien, wo ich tatsächlich mehr Formeln verwende. Bitte dadurch nicht abschrecken lassen; alle weiteren Kapitel sollten wiederum ohne die Mathematik verständlich sein.
Die meisten Themen sind aus Fragestellungen entstanden, die bereits im Forum diskutiert wurden. Ich habe dann versucht, auch die wesentlichen Fragen sowie die zugehörigen Antworten zu berücksichtigen. Sicher ist mir das nicht immer gelungen. Entweder ist dann die Darstellung nicht umfassend genug, oder ich habe schlichtweg einige Diskussionspunkte übersehen. Sollte dies der Fall sein, dann bitte anmerken. Ich werde mich bemühen, den jeweiligen Beitrag entsprechend zu ergänzen.
[anker]2-3[/anker]2.3 Weblinks
Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Teilchenphysik
Einführung: http://www.mpg.de/pdf/wissBeitraege/suw0403-s28-35.pdf
Einführung: http://www.teilchenphysik.de/
Script: http://web.physik.rwth-aachen.de/~roth/eteilchen/
Script: http://www.desy.de/~naroska/univ/elem1.html
Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov/
DESY: http://zms.desy.de/
CERN: http://public.web.cern.ch/public/
Wie immer ist Wikipedia ein sehr guter Startpunkt, auch für weiterführende Recherchen, Links auf Beschleunigerexperimente usw. Die beiden nächsten Links sind ebenfalls geeignet, um sich einen ersten Überblick über das Thema zu verschaffen.
Die beiden Scripte wenden sich bereits an Studenten.
Bei der Particle Data Group findet man so ziemlich alles über Elementarteilchen, was die Physik aktuell darüber weiß. Anspruchsvoll!
Immer interessant sind die Seiten der Beschleunigerexperimente, insbs. CERN und DESY
[anker]2-1[/anker]2.1 Inhalte
Um nun diese Diskussionen wie sie heute stattfinden in den richtigen Kontext einordnen zu können, muss man erstmal diesen Kontext kennen lernen. D.h. man muss einige der fundamentalen Konzepte verstanden haben und die Erfolge des Standardmodells würdigen können, bevor man dann zu den zentralen Problemen und ungelösten Fragen übergeht. Was möchte ich also vorstellen bzw. diskutieren? Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik bzw. ausgewählte Themen, die ich für wichtig bzw. interessant halte:
3. Generelle Konzepte: Teilchenbegriff, Felder, Symmetrien
4. Elementarteilchen und Klassifizierungsschemata
5. Einschub - Das Standardmodell
6. Das Vakuum, Teilchen und Antiteilchen, virtuelle Teilchen
7. Pfadintegrale, Feynmandiagramme und Renormierung *)
8. Symmetrien I: Liealgebren und -gruppen
9. Symmetrien II: Eichtheorien, Constraints / Gauss-Gesetz
10. starke WW / QCD I: Quarkmodell, SU(3) Flavor-Symmetrie
11. starke WW / QCD II: Asymptotische Freiheit, Confinement, chirale Symmetriebrechung
12. starke WW / QCD III: Tiefinelastische Streuung, Formfaktoren und Strukturfunktionen
13. starke WW / QCD IV: Gittereichtheorie *)
14. schwache WW I: theoretische Konzepte chirale Struktur, Neutrinos, Higgs
15. schwache WW II: physikalische Effekte
16. Verschiedenes.: Fadeev-Popov-Geister, Anomalien, theta-Vakuum, CP-Verletzung, Axion, Instantonen / magn. Monopole, chirale Symmetriebrechung, ... *)
17. Probleme des Standardmodells: freie Parameter, Hierarchieproblem, Renormierung, … *)
18. Jenseits des Standardmodells / Ausblick: GUTs, SUSY/MSSM, SUGRA, Strings *)
*) noch unfertig
Die Auswahl ist subjektiv! Zum einen greife ich auf Diskussionen und Beiträge im Forum zurück, die bereits vorliegen und die einigermaßen abgeschlossen sind – einfach weil sie bereits da sind. Zum anderen habe ich einige Teile neu geschrieben, weil sie m.E. hier eine zentrale Rolle spielen.
Ich möchte das Standardmodell in weiten Bereichen so darstellen, wie wir es heute verstehen. Der große Vorteil ist, dass es daran eben seit ca. 30 Jahren wenig zu diskutieren gibt. Das Feld ist (aus der Sicht eines Laien) ziemlich abgeschlossen und in sich konsistent. Zwar wird intensiv weiter gearbeitet (sowohl theoretisch als auch experimentell), allerdings gab es doch wenige Überraschungen. Aus diesem Grund möchte ich auch neuer Forschungen wie SUSY, SUGRA und Stringtheorie nur am Rande erwähnen. In der Hauptsache geht es um eine etablierte Theorie ohne spekulativen Charakter.
[anker]2-2[/anker]2.2 Zur Darstellung
Ich versuche, die einzelnen Themen eher unabhängig voneinander zu halten. Niemand soll gezwungen werden, (z.B.) etwas über Feynmandiagramme zu lesen, bevor er / sie Details der QCD kennen lernen möchte. Es ist natürlich schon sinnvoll, die Themen der Reihe nach durchzuarbeiten, aber es sollte auch möglich sein, nur einzelne Punkte herauszupicken.
Im Wesentlichen ergibt sich eine Zweiteilung in eher theoretisch-mathematisch und eher experimentell-phänomenologisch orientierte Beiträge. Beide Teile sind in sich geschlossen und können jeweils ohne Querbezug gelesen werden. Ich hatte mir überlegt, eine stärkere Durchmischung vorzunehmen, dies schien mir jedoch aus mehreren Gründen nachteilig zu sein:
- die Beiträge lagen bereits in der o.g. Struktur vor
- unter der Durchmischung leidet die strukturelle Klarheit
- spätere Erweiterungen werden schwierig
Bzgl. der Darstellung und des Schwierigkeitsgrades: Elementarteilchenphysik ist ja kein ganz leichtes Thema; insbs. wenn man es ernsthaft betreibt, muss man eine Menge (nicht gerade einfacher) Mathematik lernen. Natürlich habe ich weder den Anspruch, dies hier in allen Details vorzustellen, noch gar eine Einführung in die entsprechende Mathematik zu geben. Was ich jedoch tun möchte ist, einige zentrale mathematische Konzepte vorzustellen und hinsichtlich ihrer physikalischen Bedeutung zu erläutern. Es gibt einige Themen, insbs. die (Eich-)Symmetrien, wo ich tatsächlich mehr Formeln verwende. Bitte dadurch nicht abschrecken lassen; alle weiteren Kapitel sollten wiederum ohne die Mathematik verständlich sein.
Die meisten Themen sind aus Fragestellungen entstanden, die bereits im Forum diskutiert wurden. Ich habe dann versucht, auch die wesentlichen Fragen sowie die zugehörigen Antworten zu berücksichtigen. Sicher ist mir das nicht immer gelungen. Entweder ist dann die Darstellung nicht umfassend genug, oder ich habe schlichtweg einige Diskussionspunkte übersehen. Sollte dies der Fall sein, dann bitte anmerken. Ich werde mich bemühen, den jeweiligen Beitrag entsprechend zu ergänzen.
[anker]2-3[/anker]2.3 Weblinks
Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Teilchenphysik
Einführung: http://www.mpg.de/pdf/wissBeitraege/suw0403-s28-35.pdf
Einführung: http://www.teilchenphysik.de/
Script: http://web.physik.rwth-aachen.de/~roth/eteilchen/
Script: http://www.desy.de/~naroska/univ/elem1.html
Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov/
DESY: http://zms.desy.de/
CERN: http://public.web.cern.ch/public/
Wie immer ist Wikipedia ein sehr guter Startpunkt, auch für weiterführende Recherchen, Links auf Beschleunigerexperimente usw. Die beiden nächsten Links sind ebenfalls geeignet, um sich einen ersten Überblick über das Thema zu verschaffen.
Die beiden Scripte wenden sich bereits an Studenten.
Bei der Particle Data Group findet man so ziemlich alles über Elementarteilchen, was die Physik aktuell darüber weiß. Anspruchsvoll!
Immer interessant sind die Seiten der Beschleunigerexperimente, insbs. CERN und DESY