Aufgabe 1: Kurzfragen
1.
Worin liegt eigentlich der Unterschied zwischen Kern- und Teilchenphysik?
2.
Wie groß ist ungefähr der Fermi-Impuls der Nukleonen in mittelschweren Kernen?
3.
Wie kann man verstehen, dass das magnetische Moment des Neutrons von Null verschieden ist?
4.
Mit welcher experimentellen und mathematischen Methode kann man das Ladungsdichteprofil von Kernen ermitteln?
5.
Skizzieren Sie den ungefähren radialen Verlauf der Ladungsdichte eines leichten Kerns wie . Kennzeichen Sie die Achsen Ihrer Darstellung.
6.
Was ist der Unterschied zwischen Gamma-Strahlung und Röntgenstrahlung? (2 Charakteristika genügen)
7.
Welchen Radius hat ungefähr ein Blei-Kern? Wie groß ist ungefähr ein Proton? Und wie groß ist ungefähr ein Elektron? Wie groß ist ein Wasserstoff-Atom?
8.
Sie möchten experimentelle Aussagen über die Größe-von Gold-Kernen in Streuexperimenten machen. Welchen Teilchenstrahl könnte man verwenden? Bei welchen Impulsen erwarten Sie eine Punktförmigkeit des Kernes, bei welchen Impulsen lässt sich die endliche Ausdehnung erkennen?
9.
Was versteht man unter Rutherford-Streuung?
10.
Auf welche experimentellen Befunde konnte Pauli seine Neutrino-Hypothese stützen?
11.
Welche Eigenschaften haben Neutrinos? (3 Charakteristika genügen)
12.
Was versteht man unter einem Formfaktor im Rahmen der Kernphysik?
13.
Welche wesentlichen Faktoren gehen in die Rosenbluth-Formel ein?
14.
Geben Sie die Reaktionsgleichung für $\beta^-$-Zerfälle auf Nukleonen- und auf Quarkniveau an. Skizzieren Sie den Feynman-Graphen auf Quarkniveau.
15.
Was verstehen Sie unter radioaktivem Gleichgewicht?
16.
Skizzieren Sie die Massenverteilung der Kernbruchstücke bei der Spaltung von .
17.
Welche Bedeutung haben die “verzögerten Neutronen” für die Regelung von Kernspaltungsreaktoren°?
18.
Skizzieren Sie die prinzipiellen Verläufe der Spalt-Wirkungsquerschnitte $(n, f)$ für und als Funktion der Neutronenenergie.
19.
Wie groß sind die typischen kinetischen Energien der bei Kernspaltungen freigesetzten Neutronen?
20.
Welche Aufgaben hat ein Moderator in einem Spaltreaktor?
21.
Mit welchem Moderator und welchem primären Kühlmittel arbeiten Reaktoren des Typs RBMK (Tschernobyl)? Welchen Nachteil hat diese Kombination?
22.
Wie rechnet man eine “Energiedosis” in eine “Äquivalentdosis” um, und in welchen Einheiten misst man diese Größen?
23.
Wie groß ist etwa die jährliche natürliche Strahlenbelastung in Deutschland und was liefert die größten Beiträge hierzu?
24.
Welche beiden sehr unterschiedlichen Wege zur Realisierung einer technischen Kernfusion werden verfolgt?
25.
Welcher Reaktortyp soll in Cadarache realisiert werden?
26.
Was ist der dominante Energieverlustmechanismus für schwere geladene Teilchen?
27.
Was ist ein “mip”?
28.
Welche der drei Wechselwirkungsarten von Photonen mit Materie hängen stark von der Kernladungszahl ab? Warum?
29.
Was sind wesentliche Unterschiede zwischen elektromagnetischen und hadronischen Schauern?
30.
Was unterscheidet Driftkammern von Proportionalkammern?
31.
Was ist ein “sampling Kalorimeter”?
32.
Skizzieren Sie den schematischen Aufbau eines modernen Detektors an einem Collider mit seinen wesentlichen Detektorelementen und benennen Sie diese.
33.
Welche Elementarteilchen unterliegen der starken Wechselwirkung? Geben Sie drei Beispiele!
34.
Welche Elementarteilchen unterliegen der schwachen Wechselwirkung? Geben Sie drei Beispiele!
35.
Welche Elementarteilchen unterliegen [nicht]{.underline} der Gravitation?
36.
Welche ungefähre Masse haben Myonen und Pionen?
37.
Skizzieren Sie das Multiplett der leichtesten Baryonen ($\operatorname{SU}(3)$)! Beschriften Sie dabei auch die Achsen Ihrer Darstellung!
38.
Welcher Spinstatistik unterliegen Baryonen?
39.
Sie entdecken beim Experimentieren einen $\bar u \bar d \bar s$-Zustand. Wie sollten Sie den Zustand möglicherweise nennen?
40.
Was versteht man unter Paritätsverletzung? Geben Sie ein Beispiel!
41.
Was versteht man unter CP-Verletzung? Geben Sie ein Beispiel!
42.
Welches ist das massenreichste bisher bekannte Elementarteilchen?
43.
Wie viele Zustände kann man auf ein Dekuplett verteilen?
44.
Sie entdecken nach ausgiebigem Experimentieren mit einem respektablen Konfidenzniveau den Zerfall $p \to e^+ \gamma$. Welche Kapitel für eine Neuauflage eines herauszubringenden Lehrbuchs über Teilchenphysik müssten bei Bestätigung Ihrer Resultate neu geschrieben werden? Geben Sie dazu einige Stichworte.
45.
Sie beobachten eine Reaktion $e^+ e^- \to \tau^+ \tau^-$. Welche Wechselwirkung liegt dieser Reaktion zugrunde? Nach weiteren Analysen entdecken Sie auch den Kanal $e^+ e^- \to \nu_\tau \bar\nu_\tau$. Welche Wechselwirkung vermuten Sie hier?
46.
Wie zerfallen geladene Pionen? Geben Sie dazu ein Beispiel einer Reaktionsgleichung. Veranschaulichen Sie den Zerfall mithilfe eines Feynman-Graphen.
47.
In welcher Wechselwirkung können Kaonen produziert werden? Unter welcher Wechselwirkung zerfallen Kaonen?
48.
Was versteht man unter der Ladungskonjugation C?
49.
Wie lautet das Antiteilchen zum neutralen Pion? Wie lautet das Antiteilchen zum Neutron?