Lexikon: Buchstaben A, B, C

Lexikon - A, B und C

a-Teilchen
Das a-Teilchen ist das zweifach positiv geladene Helium-Ion, He⁺⁺. Es besteht aus zwei Neutronen und zwei Protonen.

adiabatisch
Eine Zustandsänderung einer abgeschlossenen Gasmenge verläuft adiabatisch, wenn dabei kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet (d.h. dQ = 0).

Annihilation (oder Paarvernichtung)
Unter Annihilation versteht man den Prozess, bei dem ein Teilchen sein Antiteilchen trifft und beide verschwinden. Die Energie der Teilchen tritt dabei in anderer Form auf, z.B. als g-Quanten, als Mesonen oder auch als anderes Teilchen-Antiteilchen-Paar. Erlaubt sind alle Kombinationen von Teilchen, die die Erhaltung der Energie und des Impulses erfüllen.
Die bekannteste Annihilation ist die von Elektron und Positron (e⁺ - e^- - Annihilation) in zwei bzw. drei g-Quanten.

Antimaterie
Antimaterie besteht aus Antiatomen, bei denen ein Anti-Atomkern von Positronen umgeben ist. Antiatome haben dieselben optischen Spektren wie Atome, annihilieren aber beim Kontakt mit Materie. Als erstes und bisher einziges Antiatom wurde 1995 - unter Beteiligung einer Gruppe der Universität Erlangen - am CERN Antiwasserstoff künstlich hergestellt.
In dem Teil des Universums, der für Untersuchungen zugänglich ist, wurde bisher keine Antimaterie gefunden.

Antiproton
Das Antiteilchen des Protons ist das Antiproton. Es besitzt dieselbe Masse, aber negative Ladung. Es wurde 1955 in Berkeley erstmals künstlich erzeugt. Es annihiliert mit einem Proton in mehrere Mesonen.

Antiteilchen
Zu jedem Teilchen gibt es ein Antiteilchen, das die gleiche Masse, aber entgegengesetzte Vorzeichen bei allen ladungsartigen Quantenzahlen besitzt. Neutrale Teilchen mit Strangeness, Baryonenzahl, Leptonenzahl etc., deren Wert jeweils gleich Null ist, können mit ihrem Antiteilchen identisch sein, z.B. das p⁰-Meson. Das bekannteste Antiteilchen ist das Positron, das Antiteilchen des Elektrons. Meistens hat man den Antiteilchen keine neuen Namen gegeben, sondern setzt nur die Vorsilbe "Anti-" davor, wie bei Anti-Quark, Anti-Proton etc.

Astrophysik
Die Astrophysik ist der Teilbereich der Physik, der sich mit astronomischen Objekten wie Planeten, Sternen, Galaxien und der Entwicklung des Kosmos beschäftigt.

Asymptotische Freiheit
Die Quarks, die z.B. in einem Proton (Durchmesser 10^-15 m) enthalten sind, können aufgrund der besonderen Abstandsabhängigkeit der starken Wechselwirkung, die sie zusammenhält, nicht "herausgetrennt" werden. Diese Eigenschaft nennt man Quark-Einschluss oder confinement. Innerhalb des Protons, also für Quark-Abstände kleiner als 10^-15 m, tritt genau das Gegenteil ein. Die Quarks sind dort so gut wie ungebunden und können sich fast frei bewegen. Diese Eigenschaft bezeichnet man als "asymptotische Freiheit". Der Zusatz "asymptotisch" kommt daher, dass die Ungebundenheit mit kleiner werdendem Abstand asymptotisch zunimmt.

Auflösungsvermögen
Unter dem Auflösungsvermögen versteht man die kleinste Differenz zweier Größen, die von einem entsprechenden Messinstrument noch getrennt registriert werden kann. Dies können Längenunterschiede (sog. Ortsauflösung), Energie- oder Wellenlängenunterschiede (Energieauflösung) oder auch Zeitunterschiede (Zeitauflösung) sein.

Bahndrehimpuls (lbzw. L)
Teilchen besitzen neben Spin (Eigendrehimpuls) auch einen Drehimpuls bezüglich der Rotation um einen Punkt außerhalb einer Achse durch ihren Schwerpunkt. Diesen Drehimpuls nennt man Bahndrehimpuls. Der Bahndrehimpuls ist quantisiert. Er kann für Teilchen des mikroskopischen Bereichs nur ganzzahlig Vielfache von h betragen. Wie andere quantisierte Größen wird der Bahndrehimpuls auch durch eine Quantenzahl, die Bahndrehimpulsquantenzahl l(für ein einzelnes Teilchen) oder L (als Summe mehrerer Teilchen) angegeben. Teilchen können l= 0, 1, 2, 3, ... besitzen. Historisch bedingt benutzen die Physiker dafür aber noch eine andere Schreibweise. Sie bezeichnen den Drehimpuls-Zustand eines Teilchens mit l= 0 mit "S", l= 1 mit "P", l= 2 mit "D" etc. Beispielsweise besitzt ein P-Zustand immer den Bahndrehimpuls 1. Alle verwendeten Buchstaben in der Übersicht:

Quantenzahl l= ...	0	1	2	3	4	5 ...
verwendeter Buchstabe	S	P	D	F	G	H ...(alphabetisch weiter)

barn
1 barn ist eine Flächeneinheit, die in der Teilchenphysik für die Angabe von Wirkungsquerschnitten verwendet wird. Dabei gilt: 1 barn = 1 b = 10^-28m². Neben "barn" verwendet man natürlich auch Millibarn, Mikrobarn, Nanobarn, Pikobarn, Femtobarn etc..

Baryon
Der Name "Baryon" leitet sich vom griech. barys (schwer) her. Als Baryonen (die "Schwergewichtigen") wurden in den 30er Jahren die neuentdeckten Teilchen (Neutron, Proton) bezeichnet, die eine besonders große Masse besitzen. Baryonen haben halbzahligen Spin und bestehen nach heutigem Verständnis aus drei Valenzquarks. Die beiden wichtigsten und leichtesten Baryonen sind die Nukleonen Neutron und Proton. Es sind viele schwerere Baryonen künstlich erzeugt worden. Sie sind alle instabil und zerfallen letztendlich in das leichteste Baryon, das Proton.

Beschleuniger
Unter Beschleunigern versteht man die Maschinen, die geladene Teilchen, mit denen Streuversuche gemacht werden sollen, mittels hochfrequenter elektrischer Wechselfelder beschleunigen. Je nachdem, welche Form der Beschleuniger hat, spricht man von Linear- oder Kreisbeschleunigern.

Bestimmungsgleichung
Die Objekte Eigenfunktion, Eigenwert und Operator erfüllen folgende Gleichung:
Operator "angewandt auf" Eigenfunktion = Eigenwert "mal" Eigenfunktion
Damit lassen sich Eigenfunktion, Eigenwert und Operator überprüfen, vorhersagen oder berechnen.

B-Meson
Ein B-Meson ist ein Teilchen, das aus einem bottom-Quark und irgendeinem Antiquark zusammengesetzt ist. Bsp.: "Bottonium" bb

Boson
Als Bosonen bezeichnet man Teilchen mit ganzzahligem Spin (0, 1, 2,...). Sie unterliegen der Bose-Einstein-Statistik. Teilchen, die aus einer geraden Anzahl von Fermionen zusammengesetzt sind (z.B. Mesonen) sind auch Bosonen. Alle Austauschteilchen (Photon, Gluon, W- und Z-Bosonen, Graviton) sind Bosonen.

Bremsstrahlung
Unter Bremsstrahlung versteht man die Abstrahlung von Photonen durch Elektronen und Positronen beim Abbremsen im Feld eines Atomkerns. Neben Bremsstrahlung geben die Elektronen ihre Energie auch durch Ionisation ab. Wann welcher Prozess den anderen überwiegt, hängt stark von der Energie des Elektrons und dem Material, in dem die Absorption stattfindet, ab. Die Bremsstrahlung überwiegt bei hohen Energien. (siehe

)

de Broglie-Wellenlänge
Gemäss der Quantenmechanik können auch Teilchen Welleneigenschaften besitzen. Beispielsweise kann ein Elektron beim Durchgang durch ein Kristallgitter ähnliche Beugungserscheinungen zeigen wie Röntgenstrahlung. Die einem Teilchen mit Impuls p zugeordnete Wellenlänge l ist nach dem französischen Physiker De Broglie gegeben durch den Zusammenhang
l = h/p mit h als Plancksches Wirkungsquantum.

Cerenkov-Zähler, -Licht
Elektrisch geladene Teilchen, deren Geschwindigkeit in einem Medium größer ist als die Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium, senden Licht aus (Cerenkov-Licht). Die Abstrahlung erfolgt ähnlich kegelförmig wie beim Überschallkegel. Die Wellenlänge des Lichts und der Öffnungswinkel des Kegels werden von einem Detektor, dem Cerenkov-Zähler, registriert und ermöglichen die Bestimmung der Geschwindigkeit und der Energie der Teilchen. Durch geschickte Wahl eines Mediums (entscheidend ist dessen Brechungsindex) kann man unterschiedliche Energiebereiche untersuchen. Verwendet werden Gase, Wasser, Glas (-schaum) u.a.

Collider (und Speicherring)
In Speicherringen (engl. storage ring) werden Teilchen (bzw. ein Teilchenstrahl) auf einer geschlossenen Bahn gehalten und so über Stunden hinweg gespeichert. Während der Speicherung werden aus dem Strahl verlorengegangene Teilchen durch neue ersetzt oder sogar der Speicherring im Laufe der Speicherung mit immer mehr Teilchen gefüllt. Ein collider ist ein Speicherring (oder zwei entgegengesetzte Linearbeschleuniger), in dem zwei entgegengesetzt laufende Teilchenstrahlen an einer Stelle des Rings zur Kollision (engl. collision) gebracht werden. Mit dieser Art von Streuexperiment (colliding beam experiment) können sehr hohe Schwerpunktsenergien erzeugt werden. Bekannte Beispiele für collider sind HERA (bei DESY) und LEP (am CERN).

Confinement (oder Quark-Einschluss)
Unter Confinement (vom engl. confinement (Gebundenheit)) versteht man die Eigenschaft der starken Wechselwirkung, Quarks oder Gluonen nur gebunden, in farbneutralen (weißen) Objekten auftreten zu lassen. Die anschauliche Erklärung ist, dass die Kraft zwischen Quarks sehr groß ist, etwa 100 mal größer als die normale Kernkraft. Im Gegensatz zu dieser nimmt die Kraft zwischen den Quarks mit wachsendem Abstand nicht ab. Sie hat den enormen Wert von etwa 100000 N, entsprechend einem Potenzial von 1GeV/fm. Es ist daher nicht möglich, zwei Quarks voneinander zu trennen.

Coulomb-Potenzial
Das Coulomb-Potenzial U_el ist das Potenzial des elektrischen Feldes, das von einer punktförmigen elektrischen Ladung q erzeugt wird:
U_el = q/(4pe₀r)
Die potenzielle Energie V_el einer elektrischen Ladung q' im elektrischen Feld der Ladung q (Abstand r von q), lautet:
V_el = qq'/(4pe₀r)
Auf eine elektrische Ladung q', die sich in diesem elektrischen Feld befindet, wirkt die Coulomb-Kraft
F_el = q^.q'/(4pe₀r²)
Das Coulomb-Potenzial hängt nur vom Abstand r ab, ist also radialsymmetrisch, und nimmt umgekehrt proportional mit wachsendem r ab. Je nach Vorzeichen der beteiligten Ladungen wirkt das Coulomb-Potenzial anziehend oder abstoßend. Die Coulomb-Kraft ist proportional zu 1/r².

Coulomb-Streuung
Unter Coulomb-Streuung versteht man die Streuung eines elektrisch geladenen Teilchens am Coulomb-Potenzial eines Streuzentrums. Bei der theoretischen Beschreibung wird vorausgesetzt, dass sowohl Teilchen als auch Streuzentrum punktförmig sind. Im speziellen Fall der Rutherford-Streuung werden Alphateilchen an den Atomkernen von Gold gestreut.

CP-Symmetrie
Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen sind normalerweise gegenüber der kombinierten Anwendung der Symmetrieoperation Ladungskonjugation ("C" steht für Ladung, vom engl. charge) und Paritätsoperation ("P" für Parität) invariant. Das heißt, ein Prozeß läuft in gleicher Weise ab, nachdem alle Raumkoordinaten am Ursprung gespiegelt wurden (Paritätsoperation) und nachdem die Vorzeichen der Ladungen der beteiligten Teilchen gewechselt wurden (Ladungskonjugation). Wird diese Symmetrie verletzt, spricht man von CP-Verletzung. In Experimenten der Teilchenphysik wurde bisher nur eine einzige Ausnahme gefunden, und zwar beim Zerfall der neutralen K-Mesonen. Die CP-Verletzung ist möglicherweise für das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie verantwortlich.