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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

I. Wozu immer größere Teilchenbeschleuniger?

Zusammenfassung
In Diskussionen über Sinn und Zweck, Pro und Kontra von Grundlagenforschung nimmt die Hochenergiephysik einen breiten Raum ein. Häufig wird dabei die Notwendigkeit der riesigen Teilchenbeschleuniger, deren Bau und Betrieb beachtliche Summen von Steuergeldern verschlingen, in Frage gestellt. Derjenige Parameter, der die Größe einer Beschleuniger- oder Speicherringanlage (näheres hierzu in 1,2–5) und damit auch den Umfang der Investitions- und Betriebskosten im wesentlichen bestimmt, ist die Endenergie der beschleunigten Teilchen (Elektronen und Protonen, ihre Antiteilchen Positronen und Antiprotonen sowie schwerere Atomkerne), welche für die zu untersu-chenden Wechselwirkungsreaktionen zur Verfügung steht. Die Energie wird dabei im Schwerpunktssystem der Reaktionspartner (siehe I,3) gemessen. Trägt man die Endenergie der Hochenergiemaschinen, an denen in den letzten 40 Jahren Teilchenphysik betrieben worden ist oder noch betrieben wird, gegen die Jahreszahl der Inbetriebnahme graphisch auf, so ergibt sich sowohl für die klassischen Synchrotronbeschleuniger als auch für die Speicherring-Kollisionsmaschinen in guter Näherung jeweils ein exponentielles zeitliches Anwachsen der verfügbaren Energie (Abbildung I.1).
Helmut Hilscher

II. Das Standardmodell der Teilchenphysik

Zusammenfassung
Das Standardmodell der Teilchenphysik faßt das heutige Wissen und die Modellvorstellungen über die Struktur der Materie zusammen. Solange Physiker durch Streuexperimente den Aufbau der Materie erforschen, versuchen sie zu jeder Zeit, die jeweils tiefste Schicht einer Folge immer feiner sich darstellender Strukturen zu ergründen (Atome und Moleküle, kondensierte Materie → Atomhülle und -kern → Nukleonen, Hadronen und Leptonen → Quarkstruktur der Hadronen → fundamentale Teilchen). Sie denken und arbeiten seit Generationen (mindestens seit Beginn des 20. Jahrhunderts) auf der Grundlage und in Kategorien eines Teilchenkonzeptes der Materie. Der Erkenntnisfortschritt ist immer auch durch das Auflösungs- und Leistungsvermögen der jeweils verfügbaren Instrumente bedingt.
Helmut Hilscher

III. Symmetrien in der Teilchenphysik und die „Weltformel“

Zusammenfassung
Von Symmetrieeigenschaften spricht man in der Physik immer dann, wenn ein physikalisches System durch irgendeine Transformation von einem bestimmten Zustand in einen anderen möglichen Zustand übergeht, der sich vom ersteren in gewissen Eigenschaften nicht unterscheidet. Das betrachtete System verhält sich also invariant gegenüber einer Symmetrietransformation hinsichtlich gewisser Eigenschaften. Symmetrieeigenschaften sind danach eng verknüpft mit Invarianzei-genschaften und Erhaltungssätzen. Oft werden die drei Begriffe synonym verwendet.
Helmut Hilscher

IV. Teilchenphysik und Kosmologie

Zusammenfassung
Typisch für die Entwicklung der Naturwissenschaften ist u. a. eine zunehmende Spezialisierung und als Folge hiervon das Entstehen immer neuer Disziplinen. Besonders deutlich ist dieser Trend an der Physik unseres Jahrhunderts zu verfolgen. Den Allroundphysiker, der sich in allen Bereichen der Physik gleichermaßen beheimatet fühlt und überall bei der Diskussion offener Fragen mitreden kann, gibt es schon seit Generationen nicht mehr. Die Zahl der Fachzeitschriften wächst ins Unermeßliche und die Kommunikation zwischen den Fachleuten verschiedener Spezialgebiete wird zum Problem. Fast unglaublich muß es daher anmuten, daß sich in jüngerer Zeit zwei Naturwissenschaften entgegen aller allgemeinen Tendenz aufeinander zubewegten und eine Symbiose eingingen, deren Forschungsanliegen ursprünglich aber auch gar nichts miteinander zu tun zu haben schienen, ja die sich mit scheinbar diametral entgegengesetzten Problemstellungen, nämlich der Physik bei kleinsten und bei größten Raum- Zeit-Skalen, beschäftigten. Die Rede ist hier von der Teilchenphysik und der Kosmologie. Ausgerechnet die Teilchenphysiker, die sich mit der Mikrowelt der fundamentalen Komponenten der Materie und deren Wechselwirkungen befassen, und die Astrophysiker und Kosmologen, die die Physik des Universums zu ergründen suchen, veranstalten seit Jahren gemeinsame Konferenzen und veröffentlichen ihre Forschungsergebnisse in denselben Zeitschriften.
Helmut Hilscher

Rück- und Ausblick

Zusammenfassung
Das Standardmodell (SM) der Teilchenphysik, eine Zusammenfassung der Quantenfeldtheorien (QFT) der Elektroschwachen Wechselwirkung (Weinberg-Salam-Modell) und der Starken Wechselwirkung (Quantenchromodynamik (QCD)) hat sich bis zur Drucklegung dieses Buches als äußerst erfolgreich erwiesen. Es gibt keine experimentellen Befunde, die wirklich im Widerspruch zu Voraussagen des SMs stehen. Die jüngste Entdeckung des vom SM geforderten Top-Quarks (1994) stellt vorläufig den krönenden Abschluß einer Serie bahnbrechender Experimente zur Physik des SMs dar. Zur Erinnerung seien noch einmal einige der hier im Rahmen der Diskussion des SMs behandelten Highlights genannt: Nachweis der Quarkstruktur der Hadronen und der Existenz der Gluonen durch tiefinelastische Lepton- Nukleon-Streu- und Elektron-Positron-Annihilationsexperimente, Entdeckung der neutralen Ströme und die Erzeugung der intermediären Vektorbosonen Z0 und W± der Elektroschwachen Wechselwirkung, Präzisionsmessungen zur Bestimmung charakteristischer Parameter des SMs und als Test der Auswirkungen von quantenfeldtheoretischen Strahlungskorrekturen.
Helmut Hilscher

Backmatter

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