Wie man Elementarteilchen entdeckt – Vom Zyklotron zum LHC – ein Streifzug durch die Welt der Teilchenbeschleuniger

(sfbentry)
Carl Freytag, Wolfgang W. Osterhage
Wie man Elementarteilchen entdeckt – Vom Zyklotron zum LHC – ein Streifzug durch die Welt der Teilchenbeschleuniger

Springer-Verlag GmbH
ISBN: 978-3-662-49955-9
Bildung, Lehrbuch, Sachbuch
1. Auflage August 2016
viii, 256 Seiten; 190 x 126 mm
Kartoniert

www.springer.com
www.springer.com/de/book/9783662499559

Carl Freytag, Promotion und Habilitation in Physik und Meteorologie, Arbeiten zur „Kritischen Theorie“ (Adorno, Benjamin, Sohn-Rethel) und zur Wirtschaftsgeschichte der Weimarer Republik, lebt in Berlin.
Wolfgang Osterhage, Dipl.-Ing., Promotionen in Physik und Informationswissenschaften, Dozent und Publizist, lebt im Rheinland in der Nähe von Bonn.
(Quelle: Springer-Verlag GmbH)

Wie man Elementarteilchen entdeckt von Carl Freytag und Wolfgang W. Osterhage präsentiert sich als kompaktes Sachbuch zum Thema Teilchen und allem, was dazugehört, diese nachzuweisen, sprich Teilchenbeschleuniger und Detektoren. Für ambitionierte Schülerinnen und Schüler der Oberstufe dürfte das Buch bereits interessant sein. Nur an einer Stelle stößt man auf partielle Ableitungen und Differentialoperatoren, mit denen man normalerweise erst im Studium konfrontiert wird, da damit aber nicht gerechnet wird und die Bedeutung der Gleichungen gut erklärt ist, kommt man auch ohne ein tieferes Verständnis dieser Formalismen klar. Grundsätzliches aus Physik und Mathematik sollte man allerdings schon beherrschen, damit man nicht den Faden und die Lust verliert. In den Kapiteln 6 (Auf dem Weg zum Standardmodell) und 7 (Quarks, Flavor, Color und die Weltformel) verzichten die Autoren glücklicherweise auf eine mathematische Darstellung, die erstens recht kompliziert würde und, wie sie erklären, den Rahmen des Buches bei Weitem gesprengt hätte.

Inhaltsverzeichnis:
1 Einleitung
2 Strahlung
3 Teilchen und Wellen
4 Atommodelle: die Hülle
5 Atommodelle: der Kern
6 Auf dem Weg zum Standardmodell
7 Quarks, Flavor, Color und die Weltformel
8 Teilchenbeschleuniger
9 Detektoren
10 Die großen Laboratorien
11 Meilensteine
Anhang
Literatur
Sachverzeichnis

In den Kapiteln 2 (Strahlung) und 3 (Teilchen und Wellen) beschreiben die Autoren in einer Reihe von Experimenten und den daraus resultierenden Erkenntnissen, die vor allem im Laufe des vergangenen Jahrhunderts entscheidend zum Verständnis des Aufbaus der Materie beigetragen haben, den Übergang von der klassischen Physik zur Quantenmechanik. Hier werden auch die Grundlagen geschaffen (Geladene Teilchen im elektromagnetischen Feld, die wichtigsten Punkte der Speziellen Realtivitätstheorie u.ä.), die für die weiteren Kapitel relevant sind. In den Kapiteln über die Atommodelle begegnet man nach einem kurzen geschichtlichen Abriss u.a. den Linienspektren des Wasserstoffs und dem Pauli-Prinzip, sowie der starken und der schwachen Wechselwirkung.

Ab Kapitel 6 wird man in die Welt der Quantenfeldtheorie eingeführt (wie bereits erwähnt, ohne den ganzen mathematischen Apparat), und es wird das, was man gemeinhin als „Elementarteilchenzoo“ bezeichnet, vor den Lesern ausgebreitet. Über elementare Begriffe wie Felder, Symmetrie und Parität, die alle anschaulich erklärt werden, lernt man verschiedene Familien von Teilchen kennen: Fermionen und Bosonen, Baryonen und Mesonen, sowie deren unterschiedliche Eigenschaften. Mit den Quarks, dem Flavor (Geschmack), der Color (Farbladung) und deren Ausprägungen kommen die Autoren schließlich zur so genannten GUT (Grand Unified Theory; hier verwirrenderweise als Great Unified Theory bezeichnet). Wie man diese Teilchen nachweist und erforscht ist der Gegenstand der folgenden Kapitel über Teilchenbeschleuniger, Detektoren und Die großen Laboratorien. Das abschließende Kapitel Meilensteine gibt einen Überblick über bedeutende Experimente, die in solchen Laboratorien gemacht wurden, wie z.B. der Nachweis des Higgs-Boson am CERN.

Herleitungen und Erklärungen von Physik und Experimenten sind gut nachvollziehbar, sofern man mit den dezent eingestreuten Formeln einigermaßen umzugehen weiß. Aber auch eine ganze Reihe von Schaubildern und Grafiken helfen dem Verständnis und der Anschauung auf die Sprünge. Zusätzlich gibt es noch ein paar Tabellen, in denen beispielsweise die Eigenschaften von Elementarteilchen oder der verschiedenen Wechselwirkungen aufgetragen sind. Am Ende der Kapitel sind jeweils Stichworte zum Weiterlesen angegeben, über die man in der Literatur oder dem Internet mehr Informationen zu den Themen recherchieren kann. Apropos, das Literaturverzeichnis besteht aus gerade mal fünf Büchern. Auch wenn deren Inhalte vermutlich alle behandelten Themen abdecken, hätte ich mir hier ein bisschen mehr Auswahl gewünscht.

Für Studenten der Physik und ähnlichen Disziplinen oder interessierte Schüler der Oberstufe eignet sich Wie man Elementarteilchen entdeckt als gute, relativ kompakte Übersicht über die Physik der Elementarteilchen, ihre Nachweismethoden und die Technik von Beschleunigern und Detektoren, die man sich sonst mühsam aus diversen Büchern zusammensuchen müsste.

Copyright © 2017 by Michael Bahner

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