Teilchenastrophysik

Die letzten bei den Jahrzehnte haben eine explosive Entwicklung der Teil und Kosmologie erlebt. Die Teilchenphysik erwies chenphysik, Astrophysik sich als ein entscheidendes Mittel zum tieferen Verständnis des Universums. Das Aufkommen der Theorien der Großen Vereinigung der Kräfte in der Teil chenphysik erlaubte, das frühe Universum bis zu den frühesten Zeitpunkten zurückzuverfolgen. Umgekehrt treten in astrophysikalischen und kosmologi schen Prozessen Energien auf, die man in Beschleunigern auf absehbare oder besser unabsehbare Zeit nicht erreichen kann, und die die Realisierung ei nes Teils der Fülle der exotischen teilchentheoretischen Vorhersagen erlaubt haben könnten: Baryogenese, Inflation, die Produktion exotischer Teilchen - Monopole, kosmische Strings, Axionen und viele andere. Supersymmetri sche Teilchen (Neutralinos) sind Kandidaten für kalte dunkle Materie, die die soeben der Beobachtung zugänglich gewordene großräumige Struktur des Universums und ihre Entstehung verständlich machen könnten. Neutrinos sind Kandidaten für heiße dunkle Materie. Eigenschaften von Neutrinos be einflussen die Explosion der Supernovae. Astrophysikalische Neutrinoquellen helfen bei der Bestimmung von Neutrino-Eigenschaften, die eine Schlüssel funktion für die Struktur der Elementarteilchen-Theorien einnehmen. Astro physikalisch erzeugte Axionen sondieren das starke CP-Problem der QCD. Es entstand ein neues Forschungsgebiet, die Teilchenastrophysik, in der man von zwei Seiten versucht, einigen der fundamentalen Probleme der modernen Physik näherzukommen. Das enorme Wachstum in diesem Bereich macht es - insbesondere für den Anfänger auf diesem Gebiet - zunehmend schwieriger, der Entwicklung auf dem Wege über die Fachliteratur zu folgen.

1 Das Standardmodell der Teilchenphysik. - 1. 1 Die Bausteine der Materie Phänomenologie. - 1. 2 Die fundamentalen Wechselwirkungen. - 1. 3 Quantenzahlen und Symmetrien. - 1. 4 Eichtheorien. - 1. 5 Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik. - 2 Große Vereinheitlichende Theorien (GUTs). - 2. 1 Kopplungskonstanten. - 2. 2 Das minimale SU(5)-Modell. - 2. 3 Das SO(10)-Modell. - 2. 4 Massive Neutrinos. - 2. 5 Supersymmetrie. - 2. 6 Compositeness. - 2. 7 Superstring-Theorien. - 3 Kosmologie. - 3. 1 Weltmodelle. - 3. 2 Evolution des Universums. - 3. 3 Probleme des Standardmodells. - 3. 4 Die inflationäre Phase. - 4 Primordiale Nukleosynthese. - 4. 1 Beobachtete Elementhäufigkeiten. - 4. 2 Ablauf der Nukleosynthese. - 4. 3 Beschleuniger und die Anzahl der Neutrinoflavours. - 4. 4 Inhomogene Nukleosynthese. - 5 Die kosmologische Konstante. - 5. 1 Kosmologische Modelle mit ? ? 0. - 5. 2 Direkte Bestimmung von ? . - 5. 3 Das ? -Problem. - 6 Großräumige Strukturen im Universum. - 6. 1 Galaxien. - 6. 2 Haufen, Superhaufen und Leerräume. - 6. 3 Rotverschiebungs-Durchmusterungen. - 6. 4 Pekuliargeschwindigkeiten. - 6. 5 Quasare. - 6. 6 Beschreibung von Strukturen. - 6. 7 Die Entwicklung von Fluktuationen. - 6. 8 Die Entstehung von Strukturen. - 6. 9 Das Anfangsspektrum der Dichtefluktuationen. - 6. 10 Kosmische Strings. - 7 Die kosmische Hintergrundstrahlung. - 7. 1 Die 3K-Hintergrundstrahlung. - 7. 2 Der kosmische Röntgenhintergrund. - 7. 3 Der kosmische Neutrinohintergrund. - 8 Kosmische Strahlungen. - 8. 1 Die klassische kosmische Strahlung. - 8. 2 Quellen kosmischer Strahlung. - 8. 3 Röntgen- und ? -Astronomie. - 8. 4 Hochenergetische Neutrinos. - 9 Dunkle Materie. - 9. 1 Evidenz für dunkle Materie. - 9. 2 Kandidaten für dunkle Materie. - 9. 3 Nachweis der dunklen Materie. - 10 Magnetische Monopole. - 10. 1 Der Dirac-Monopol. - 10. 2 Der t Hooft-Polyakov-Monopol. - 10. 3 Astrophysik der Monopole. - 10. 4 Experimentelle Suche nach Monopolen. - 11 Axionen. - 11. 1 Theoretische Motivation. - 11. 2 Eigenschaften des Axions. - 11. 3 Axionen und Sternentwicklung. - 11. 4 Axionen in der Kosmologie. - 11. 5 Experimentelle Axionsuche. - 12 Solare Neutrinos. - 12. 1 Das Standardsonnenmodell. - 12. 2 Solare Neutrinoexperimente. - 12. 3 Theoretische Erklärungsversuche. - 12. 4 Zukünftige Experimente. - 13 Neutrinos von Supernovae. - 13. 1 Supernovae. - 13. 2 Neutrinoemission bei Supernova-Explosionen. - 13. 3 Nachweismethoden für Supernovaneutrinos. - 13. 4 Die Supernova 1987a. - 13. 5 Supernovaehäufigkeit und zukünftige Experimente. - 14 Die Entstehung schwerer Elemente. - 14. 1 Allgemeines. - 14. 2 Explosive Szenarien und Elementsynthese bis zum Eisen. - 14. 3 Elementsynthese oberhalb von Eisen. - Quellennachweis.