Teilchen und Kerne - Die Welt der subatomaren Physik

Description

Die subatomare Physik, die Kern- und Elementarteilchenphysik, ist seit ihrer Entdeckung im Jahre 1896 eins der modernen wissenschaftlichen Forschungsgebiete. Von den Untersuchungen der Strahlungen, die von radioaktiven Kernen ausgesendet werden bis zu den Streuexperimenten, die auf die Existenz von Untereinheiten in den Nukleonen hinweisen, von der Entdeckung der starken (hadronischen) Wechselwirkungen zu der Erkenntnis, daß das Photon hadronische (starke) Merkmale besitzt und daß schwache und elektromagnetische Kräfte eng verwandt sein können, hat die subatomare Physik die Wissenschaft durch neue Vorstellungen und tiefere Einsichten in die Naturgesetze bereichert. Die subatomare Physik ist keine isolierte Wissenschaft. Sie trägt zu vielen Aspekten des Lebens bei. Die Ideen und Ergebnisse der subatomaren Physik verändern unser Bild vom Makrokosmos. Die Vorstellungen, die in der subatomaren Physik entwickelt wurden, werden benötigt, um die Erzeugung und die Vielfalt der Elemente sowie die Energieproduktion in der Sonne und den Sternen zu verstehen. Die Kernkraft kann den größten Teil der in Zukunft benötigten Energie bereitstellen. Kernwaffen beeinflussen nationale und internationale Entscheidungen. Pionenstrahlen sind ein Werkzeug zur Krebsbehandlung geworden. Radioindikatoren und der Mößbauer-Effekt liefern Informationen über die Struktur und über Reaktionen im Festkörper, in der Chemie, in der Biologie, in der Metallurgie und in der Geologie. Die subatomare Physik sollte, weil sie so viele Bereiche beeinflußt, nicht nur Physikern, sondern auch anderen Wissenschaftlern und Ingenieuren zugänglich sein. Der Chemiker, der den Mößbauer-Effekt beobachtet, der Geologe, der die radioaktive Altersbestimmung anwendet, der Arzt, der ein radioaktives Isotop injiziert oder der Ingenieur für Kerntechnik, der ein Kernkraftwerk entwirft, muß nicht unbedingt den Isospin oder die unelastische Elektronenstreuung verstehen. Trotzdem kann ihre Arbeit befriedigender werden und sie können neue Zusammenhänge erkennen, wenn sie die Grundprinzipien der subatomaren Physik verstehen. Obwohl das vorliegende Buch hauptsächlich als eine Einführung für Physiker gedacht ist, hoffen wir doch, daß es auch für andere Wissenschaftler und Ingenieure nützlich sein kann. Die subatomare Physik beschäftigt sich mit allen Dingen, die kleiner als ein Atom sind. Sie setzt sich aus der Kern- und der Elementarteilchenphysik zusammen. Diese beiden Gebiete haben viele Begriffe und Besonderheiten gemeinsam. Deshalb behandeln wir sie zusammen und versuchen, die gemeinsamen Ideen, Vorstellungen und die gegenwärtig noch ungelösten Probleme zu betonen. Wir zeigen auch, wie die subatomare Physik in die Astrophysik eingebunden ist. Das Niveau der Darstellung ist auf Studenten im letzten Semester vor oder in den ersten Semestern nach dem Vordiplom abgestimmt, die einige Kenntnisse vom Elektromagnetismus, von der speziellen Relativitätstheorie und von der Quantentheorie besitzen. Viele Aspekte der subatomaren Physik können durch Analogien erklärt werden. Ein exaktes Verständnis erfordert allerdings Gleichungen.