2005 World Year of Physics

Particle Physics and High Energy Physics


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Structures in Micro Objects
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Hadrons and Strong Interaction
Portrait: Gell-Mann Portrait: Yukawa Die Hadronen (von griech. "hadrós"...stark) sind Teilchen,
welche der starken Wechselwirkung unterworfen sind (Hideki Yukawa, 1935).
Nach dem Partonen-Modell sind die Hadronen aus Quarks als Bausteinen aufgebaut (Murray Gell-Mann, 1964).
Baryonen (q1q2q3) bestehen aus 3 Quarks q1,q2,q3,
haben Baryonenzahl B = 1 und sind sämtlich Fermionen (mit halbzahligem Spin).
Mesonen (q1q2*) sind aus einem Quark q1 und einem Anti-Quark q2* zusammengesetzt,
haben Baryonenzahl B = 0 und sind sämtlich Bosonen (mit ganzzahligem Spin).
Mit u, d, s, c, b, t bezeichnen wir das
Up-, Down-, Strange-, Charm-, Bottom- und Top-Quark.
Es gibt 3 Generationen von Quarks:

GenerationTeilchenSymbolLadungSpinRuh-EnergieVerifikation
1. GenerationUp-Quarku+2/31/25.6 MeV1971
Down-Quarkd-1/31/29.9 MeV1971
Up-Antiquarku*-2/31/25.6 MeV
Down-Antiquarkd*+1/31/29.9 MeV
2. GenerationStrange-Quarks-1/31/2199 MeV1971
Charm-Quarkc+2/31/21350 MeV1974
Strange-Antiquarks*+1/31/2199 MeV
Charm-Antiquarkc*-2/31/21350 MeV
3. GenerationBottom-Quarkb-1/31/24.7 GeV1977
Top-Quarkt+2/31/2176 GeV1994
Bottom-Antiquarkb*+1/31/24.7 GeV
Top-Antiquarkt*-2/31/2176 GeV


Wir fassen Teilchen mit gleichem Spin und gleicher Baryonenzahl zu
Isospin-Multipletten zusammen.
Die Mitglieder eines Multiplettes besitzen dann
ähnliche Ruhemassen aber verschiedene Ladungen.
Isospin-Symmetrie bedeutet daher Invarianz unter der starken Wechselwirkung,
nicht aber unter der elektromagnetischen Wechselwirkung.

Isospin-MultiplettSpinSpin-KonfigurationTeilchenQuarksRuh-EnergieLebensdauer
Skalar-Mesonen0S = (+,-)Pionpi+ = (ud*)139.567 MeV2.60*10-8 s
Pionpio = (uu*) + (dd*)134.963 MeV0.83*10-16 s
Pionpi- = (du*)139.567 MeV2.60*10-8 s
KaonK+ = (us*)493.67 MeV1.24*10-8 s
KaonK- = (su*)493.67 MeV1.24*10-8 s
KaonKo = (ds*)497.67 MeV5.18*10-8 s
KaonK*o = (sd*)497.67 MeV5.18*10-8 s
Etaeta = (uu*) + (dd*) + 2(ss*)548.8 MeV7.9*10-19 s
Etaeta' = (uu*) + (dd*) + 2(ss*)957.8 MeV
Vektor-Mesonen1V = (+,+)Rhorho+ = (ud*)
Rhorhoo = (uu*) + (dd*)
Rhorho- = (du*)
Nukleonen1/2N = (+,-,+)Protonp = (uud)938.28 MeV > 1029 a
Neutronn = (udd)939.57 MeV918 s
Nukleon-Resonanzen3/2R = (+,+,+)DeltaDelta++ = (uuu)
DeltaDelta+ = (uud)
DeltaDeltao = (udd)
DeltaDelta- = (ddd)
Hyperonen1/2H = (+,-,+)LambdaLambdao = (uds)1115.60 MeV2.63*10-10 s
SigmaSigma+ = (uus)1189.37 MeV0.80*10-10 s
SigmaSigmao = (uds)1192.47 MeV5.80*10-20 s
SigmaSigma- = (dds)1197.35 MeV1.48*10-10 s
XiXio = (uss)1314.9 MeV2.90*10-10 s
XiXi- = (dss)1321.32 MeV1.65*10-10 s
Hyperon-Resonanzen3/2R = (+,+,+)Sigma*Sigma*+ = (uus)
Sigma*Sigma*o = (uds)
Sigma*Sigma*- = (dds)
Xi*Xi*o = (uss)
Xi*Xi*- = (dss)
OmegaOmega- = (sss)1672.2 MeV0.82*10-10 s

Leptons and Weak Interaction
Portrait: Thomson Portrait: Pauli Leptonen (von griech. "leptós"...schwach) sind Teilchen,
die an der schwachen Wechselwirkung beteiligt sind.
Es gibt 3 Generationen von Leptonen,
die jeweils aus einem elektromagnetisch und gravitativ
wechselwirkenden (d. h. geladenen und massiven) Teilchen,
einem zugehörigen ungeladenen und praktisch masselosen
(also wirklich nur schwach wechselwirkenden) Neutrino
und den entsprechenden Antiteilchen bestehen.

GenerationTeilchenSymbolSpinRuh-EnergieLebensdauerHypotheseVerifikation
1. GenerationElektrone-1/20.511 MeVunsterblichP.Lenard, J.J.Thomson, 1897
Positrone+1/20.511 MeVunsterblichP.A.M.Dirac, 1928C.D.Anderson, 1932
Elektron-Neutrinonye1/2 < 17 eVunsterblich
Elektron-Antineutrinonye*1/2 < 17 eVunsterblichW.Pauli, 1931C.L.Cowan, F.Reines, 1956
2. GenerationMyonmy-1/2105.7 MeV2.20*10-6 sC.D.Anderson, S.H.Neddermeyer, J.C.Street, E.C.Stevenson, 1937
Antimyonmy+1/2105.7 MeV2.20*10-6 s
Myon-Neutrinonymy1/2 < 270 keVunsterblichM.Schwartz, 1962
Myon-Antineutrinonymy*1/2 < 270 keVunsterblich
3. GenerationTauontau-1/21.782 GeV3.5*10-12 sM.L.Perl, 1977
Antitauontau+1/21.782 GeV3.5*10-12 s
Tauon-Neutrinonytau1/2 < 35 MeVunsterblich
Tauon-Antineutrinonytau*1/2 < 35 MeVunsterblich

International Research Centers of High Energy Physics
CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucleaire, Geneve-Meyrin, Suisse
SLAC, Stanford Linear Accelerator Center, San Francisco, Palo Alto, California, USA
FNAL, Fermi National Accelerator Laboratory, Chicago, Illinois, USA
DESY, Deutsches Elektronen Synchrotron, Hamburg, BRD
HIRL, Heavy Ion Research Laboratory, Darmstadt, BRD
GSI, Gesellschaft für Schwer-Ionen-Forschung, Darmstadt, BRD

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