Die Entwicklung der modernen Theorie der schwachen Wechselwirkung ist eng ver kniipft mit derjenigen der Elementarteilchenphysik. Experimente der Kernphysik, wie etwa der Doppelbetazerfall, liefem wichtige Tests sur Natur des Neutrinos und damit zur Struktur der GroBen Vereinigungstheorien. Der Betazerfall hochinstabiler Atomkerne etwa und die Eigenschaften und Wechselwirkungen der Neutrinos sind von sentraler Bedeutung fiir aktuelle Fragen der Astrophysik und Kosmologie. Ziel des vorliegenden Buches ist es, einerseits einen Einblick in die Konsepte der schwachen Wechselwirkung und deren Integration in die Gedankengebiude der ma dernen Elementarteilchenphysik zu vermitteln, andererseits soll die wichtige Rolle der schwachen Wechselwirkung in der Kern-, Teilchen- und Astrophysik und Kos mologie Bowie die durch sie bewirkten engen Verbindungen zwischen CUesen Gebieten herausgearbeitet werden. Den Neutrinos, denen eine Schliisselrolle sum Verstindnis der Elementarteilchen und deren Wechselwirkungenzukommt, wird dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Insgesamt wurde versucht, eine Synthese zwischen der Darstellung experimenteller Fakten und der Hinfiihrung zu den diese Fakten beschrei benden Theorienzu erreichen, wobei die dabei auftretenden Elemente der, Quanten feldtheorie erklirt werden, so daB sich die beim Leser vorausgesetzten Kenntnisse auf elementare Elektrodynamik und Quantenmechanik beschrinken. Das Buch erhebt nicht den Anspruch, alle angesprochenen Themen jeweils vollstindig und in sich abgeschlossen su behandeln. Vielmehr ist das Ziel, dem Leser einen Eindruck von der Aktualitit und Vielfalt der mit der schwachen Wechselwirkung ver kniipften Problemkreise su vermitteln und eventuell su einem intensiveren Studium spesieller Themen ansuregen. Beziiglich der Referensen haben wir Vollstindigkeit nicht angestrebt, sondern uns vielmehr bemiiht, neb en den grundlegenden Arbeiten vor allem auch Ubersichtsartikel aufzunehmen.
Inhaltsverzeichnis
N Notationen. - N. 1 Natürliche Einheiten. - N. 2 Relativistische Großen. - N. 3 Operatoren und Matrizen. - N. 4 Vektoren. - N. 5 Symbole für mathematische Operationen. - N. 6 Dirac-Matrizen. - N. 7 Isospin. - N. 8 Zur Bezeichnung von Teilchen, Teilchenzuständen und Teilchenoperatoren (Feldoperatoren). - 1 Elementarteilchen und Wechselwirkungen Überblick. - 1. 1 Die elementaren Bausteine der Materie. - 1. 2 Die elementaren Wechselwirkungen und die Feldquanten. - 1. 3 Quantenzahlen und Erhaltungsgrößen in Kern- und Elementarteilchenphysik. - 2 Klassische Theorie der schwachen Wechselwirkung, Kernbetazerfall. - 2. 1 Phänomenologie des Kernbetazerfalls. - 2. 2 Vier-Fermionen-Punkt-Wechselwirkung. - 2. 3 Formalismus des Kernbetazerfalls. - 2. 4 Doppel-Betazerfall. - 2. 5 Grenzen der klassischen Theorie. - 3 Kernstruktur und Betazerfall. - 3. 1 Allgemeine Bedeutung. - 3. 2 Betazerfall und kollektive Kernanregungen. - 3. 2. 1 GT-Zerfall und Ladungsaustauschreaktionen. - 3. 3 Summenregeln für erlaubten Betazerfall. - 3. 4 Kernmatrixelemente für den ß-Zerfall. - 3. 5 Quenching der Gamow-Teller-Stärke. - 3. 6 Matrixelemente für den Doppel-Betazerfall. - 4 Eichtheorien. - 4. 1 Das Eichprinzip. - 4. 2 SU(2), eine Vorstufe zur schwachen Wechselwirkung. - 4. 3 Spontane Symmetriebrechung. - 5 Die Glashow-Weinberg-Salam Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung. - 5. 1 Die Verkopplung von schwacher und elektromagnetischer Wechselwirkung. - 5. 2 Hadronischer schwacher Strom auf Quarkebene. - 5. 3 Tests der GWS-Theorie. - 5. 4 Kernbetazerfall als schwache Wechselwirkung der Quarks. - 6 Die schwache Wechselwirkung im Rahmen der Großen Vereinigungstheorien. - 6. 1 Was versteht man unter einer großen Vereinigung? . - 6. 2 Die minimale Losung (Georgi-Glashow-Modell). - 6. 3 SO(10), die einfachste Erweiterung von SU(b). - 6. 4 Supersymmetrische GUT-Modelle. - 7 Neutrinos. - 7. 1 Majorana- contra Dirac-Neutrinos. - 7. 2 Neutrinos innerhalb der GUT-Modelle. - 7. 3 Möglichkeiten experimenteller Prüfung der Natur der Neutrinos. - 8 Schwache Wechselwirkung und Astrophysik. - 8. 1 Der Kollaps schwerer Sterne und die schwache Wechselwirkung. - 8. 2 Die Synthese der schweren Elemente im Universum. - 9 GUT und Kosmologie. - 9. 1 Das kosmologische Standardmodell. - 9. 2 Grenzen des Standardmodells. - 9. 3 Inflation. - 9. 4 Die kosmologische Konstante A. - 9. 5 Neutrinos im Kosmos. - A Anhang. - A. 1 Relativistisch invariante Bewegungsgleichungen der Quantenmechanik. - A. 1. 1 Die Klein-Gordon-Gleichung. - A. 1. 2 Die Dirac-Gleichung. - A. 2 Zweite Quantisierung, Feldoperatoren. - A. 2. 1 Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren. - A. 2. 2 Quantenfelder. - A. 3 Lagrange-Formalismus. - A. 3. 1 Lagrangedichte des Dirac-Feldes. - A. 3. 2 Lagrangedichte eines Elektrons mit elektromagnetischer Wechselwirkung, Feynman-Diagramme. - A. 4 Diskrete Symmetrien eines Dirac-Feldes. - A. 4. 1 Paritätstransformation. - A. 4. 2 Ladungskonjugation (Teilchen-Antiteilchen-Konjugation). - A. 4. 3 Zeitumkehr. - A. 4. 4 Händige Dirac-Felder, Ladungskonjugation und CP-Konjugation. - A. 5 Lie sche Gruppen und kontinuierliche Symmetrietransformationen. - A. 5. 1 Definition einer Lie schen Gruppe. - A. 5. 2 Darstellungen einer Gruppe. - A. 5. 4 Das Noether-Theorem. - A. 5. 5 Das Wigner-Eckart-Theorem. - L Literaturverzeichnis. - S Sachverzeichnis.
