$~$

Collegedictaat Deeltjesfysica






2002



by

Prof.dr Ing. J. F. J. van den Brand

Department of Physics and Astronomy, Vrije Universiteit

Amsterdam, The Netherlands

Inhoudsopgave

1 INLEIDING 4

1.1 Elementaire Deeltjes 4

1.2 Wisselwerking en Deeltjesuitwisseling 8

1.3 Spin en Statistiek 15

2 EIGENSCHAPPEN VAN DEELTJES 17

2.1 Massa 17

2.1.1 Invariante Massa, 18

2.1.2 Q-Waarde, 20

Deeltjesverval 21

2.2.1 Lijnbreedte, 21

2.2.2 Tweedeeltjes Verval, 24

2.2.3 Driedeeltjes Verval, 25

2.2.4 Universaliteit van de Zwakke Wisselwerking, 28

2.2.5 Kernfysica van Beta Verval, 30

Spin 31

2.3.1 Inleiding, 31

2.3.2 Magnetische Dipoolmoment en Zeemaneffect, 34

2.3.3 Experimentele Bepaling van $g-2$. 36

2.3.4 Polarisatie van Kerndeeltjes, 39

Hoekverdeling bij Deeltjesverval 41

2.4.1 Verval van $\Lambda _0$, 42

2.4.2 Verval van de $\Delta$ Resonantie, 43

3 HADRON STRUCTUUR 45

Werkzame Doorsnede 45

Werkzame Doorsneden en Matrixelementen 49

Diffractieve Verstrooiing 52

Resonanties 55

3.4.1 De $\Delta$ Resonantie, 57

3.4.2 De $Z^0$ Resonantie, 59

Kernafmetingen uit Rutherfordverstrooiing 62

Ladingsverdeling uit Elektronenverstrooiing 66

Elektron - Nucleon Verstrooiing 73

Diepinelastische Verstrooiing 77

Elektron - Positron Annihilatie 81

4 SYMMETRIEËN 88

Inleiding 88

Behoud van Impuls 90

Behoud van Lading 91

4.3.1 Lokale Ijksymmetrieën, 92

4.3.2 Behoud van Baryongetal, 95

4.3.3 Behoud van Leptongetal, 96

Spiegeling in de Ruimte en Pariteit 99

4.4.1 Pariteitschending in $\beta$-verval, 101

4.4.2 Heliciteit van Leptonen, 103

4.4.3 Behoud van Pariteit in de Sterke Wisselwerking, 106

Ladingssymmetrie in de Sterke Wisselwerking, 107

Isospinsymmetrie in de Sterke Wisselwerking, 109

4.6.1 $\Delta$ Resonantie en Isospinformalisme, 111

4.6.2 Isospin en het Quarkmodel, 112

4.6.3 Isospin en de Elektromagnetische Wisselwerking, 114

Vreemdheid 115

Mesonen als gebonden Quark-Antiquark Toestanden 116

Opbouw van Baryonen uit Drie Quarks 119

Additionele Quantumgetallen: $\tilde C$, $\tilde B$, en $\tilde T$ 123

CPT-Theorema: Deeltjes en Antideeltjes 128

Invariantie van Tijdsomkeer 132

4.12.1 Gedetailleerd Evenwicht, 135

4.12.2 Electrisch Dipoolmoment van het Neutron, 136

CP-Schending in het Verval van Neutrale K-Mesonen 137

APPENDICES 147

A Relativistische Kinematica 147

A.1 Conventies, Eenheden en Notaties, 147

A.2 Lorentzinvariantie, 148

A.3 Relativistische Kinematica, 149

B Feynman Diagrammen 153

B.1 Quantumveldentheorie, 153

B.2 Quantum Elektrodynamica, 153

B.3 Quantum Chromodynamica, 157

B.4 Elektrozwakke Wisselwerking, 159