Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 2 AUFBAU DER ATOMKERNE: EINIGE EXPERIMENTELLE FAKTEN
r k Kernradius ≈ 3,5 fm ≡ 3, 5 · 10 −15 m
Analogie: r k ≈ 5fm, r Atom ≈ 0,1 nm, r k ≈ 5 · 10 −5 r Atom
Vergleich: r Sonne ≈ 700.000 km, Abstand Erde Sonne: ≈ 1, 5 · 10 11 m ⇒ r Sonne ≈ 5 · 10 −3 Abstand
Erde Sonne
⇒ Atom ist im Wesentlichen leer
Anmerkung: Hinreichend hohe Ablenkwinkel oder Projektil-Energien: Ṅ s (Θ) gaussförmig:
Rosinenkuchenartiges Target
→ α-Teilchen dringen ab hier in den Kern ein. Dort: Zufälliges streuen → Kern selbst hat
Rosinenkuchen-Struktur: Knick in dσ
dΩ (Θ)
(E): Übergang von Coulomb-WW zu starker W.W. = Kernradius
2 Aufbau der Atomkerne: Einige experimentelle Fakten
2.1 typische Untersuchungsmethoden
• Streuexperimente:
– Potentialformen
– Anregungen
– Reaktive Streuungen, z.B. Proton rein, α-Teilchen raus
– Variation verschiedener Projektile:
∗ p, α: Coulomb + Starke W.W.
∗ n: Starke W.W.
∗ e: Coulomb-W.W.
∗ ν e : Schwache W.W.
• optische Spektroskopie
– Kernspin: Hyperfeinstruktur
– γ-Spektroskopie: Energiezustände des Kerns (typisch, MeV)
– Myonische Spektroskopie: m Myon ≈ 200m e , ersetze e durch Myon
⇒ Atom schrumpft ⇒ Kernpotential spielt eine größere Rolle
• α, β-Spektroskopie ≡ Spektroskopie mit von Kernen emittierten Teilchen
2.2 Elementare Kerngrößen und -werte
• Ladung: q k = +z · e mit z=Ordnungszahl (Protonenzahl) wird getragen durch
Proton p
– q p = +e = 1, 602 · 10 −19 C
– m p = 1, 673 · 10 −27 kg
– Spin 1/2 = Fermion
– Radius: 1,3 fm
– Aufbau: 2 up, 1 down Quarks
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