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
– Magnet. Moment: µ p = 1, 41 · 10 −26 J/K
– Kernmagneton µ K ≡ 3
2m p
= 5, 05 · 10 −27 J/K = 2, 79µ k
– “ + “ µ p ↑↑ ⃗s
– vgl: Elektron: µ B = 9, 27 · 10 −24 J/K
– µ c = µ B · 1, 001
– “Proton“ griesch. “das Erste“, Entdecker Rutherford (1919)
– Antiteilchen: Antiproton p, identisch zu p, außer q p = −q p = q e
– Entdecker: E. Segré, Chamberlain (1955) (Nobelpreis 1959)
• Masse: Zusätzliche Teilchen im Kern, Neutrale Teilchen mit m ≈ m p müssen vorhanden sein
Neutron n
– q n = 0
– m n = 1, 675 · 10 −27 kg
– Spin 1/2 = Fermion
– Radius: 1,3 fm
– Aufbau: 1 up, 2 down Quarks
– m n = 1, 675 · 10 −27 kg
– Magnet. Moment: µ n = −9, 66 · 10 −27 J/K = −1, 91µ k
– “ - “ µ n ↑↓ ⃗s
– Entdecker Chadwick 1932 (Nobelpreis 1935)
– m n > m p ⇒ freie Neutronen zerfallen ⇒ Lebensdauer freier Neutronen: τ n =887 sec.
– Antiteilchen n (Entdeckt von B.Cork 1956), Unterschied zum Neutron: Chiralität oder
Helizität
– n: Spin ↑↑ Flugrichtung
– n: Spin ↑↓ Flugrichtung, analog bei z.B. Neutrinos
Begriffe: Hadron ≡ Teilchen, die der starken Wechselwirkung unterliegen. (sofern frei beobachtbar)
• Aus 3 Quarks: p, n, ... = Baryonen
• Aus 1 Quark + 1 Antiquark aufgebaut: Pion π ± , p 0 , ... = Mesonen
Das Proton ist das einzige stabile Hadron
{p, n} ≡ Nukleonen (Kernbausteine)
Nuklid = Systeme aus Nukleonen; Kerne A ZX, X ≡ chem. Element, z = Ordnungszahl,
Kernladungszahl, A= Massenzahl = Anzahl Nukleonen, N = A-z = Neutronenzahl
Kernmassen und Massendefekt m k = z · m p + (A − z) m n −
∆m }{{}
Massendefekt
∆m ≡ E B Bindungsenergie: ∆m · c 2 = E B wird bei Bildung des Nuklids aus p,n abgestrahlt.
Bsp: 12
6 C häufigstes Kohlenstoff-Isotop
E(6p + 6n) = 1, 81 · 10 −9 J = 11, 283GeV
E( 12
6 C) = 1, 79 · 10 −9 J = 11, 194GeV
⇒ E B ( 12
6 C) = 89MeV
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