Prüfungsfragen:Kernphysik: Unterschied zwischen den Versionen

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Häufigkeit: 4
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===Tafel===
 
* Kernradius <math>R=r_0 \sqrt[3]{A}</math>, mit <math>r_0=(1,3\pm0,1) \text{fm}</math>
* Masse <math>\sim A U  (1 U =1m_u=\frac{1g}{N_A}=931MeV\frac{1}{c})</math>
* Dichte ~ <math>10^{17} fm</math>
* Randschärfe <math>a=0.55\text{fm}</math>
* Messung von Kernradien <math>\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{ZZ'e^2}{4\pi\epsilon_0 4E}\right)^2\frac{1}{\sin^4\frac{\theta}{2}}=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\left(Z Z' 2m e^2 \right)^2\frac{1}{q^4}</math>
* Erweiterung Mott Streuung mit <math>W^2=p^2c^2+m_0^2c^4</math> <math>\frac{d\sigma}{d\Omega}_{\text{Mott}}=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\left(Z Z' 2 W e^2 \right)^2\frac{1}{q^4c^4}\left[1-\frac{v}{c}\sin^2\frac{\theta}{2}\right]</math> Coulomb-Streuung von Elektronen (Spin <math>\frac{1}{2}</math> an spinlosem Target))
====3 Experimentelle Arten zur Bestimmung des Kernradius====
# Hofstädter Experiment
<math>\frac{d\sigma}{d\omega}_{\text{Hof}}=\frac{d\sigma}{d\omega}_{\text{Punkt, Mott}}|F(q^2)|^2</math>
mit <math>F(q)=\int dR \rho(r) \exp{\frac{i}{\hbar}\vec q \vec r}</math> {{Quelle|Bergmann Schäfer Gleichung 4.15}}
# Halokerne
# Myonische Atome
# Isotopieverschiebung


==Rutherfordscher Steuversuch==
==Rutherfordscher Steuversuch==
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==Unterschied Kern/Atomphysik==
==Unterschied Kern/Atomphysik==
*Worin liegen die wesentlichen Unterschiede zwischen Atom- und Kernphysik im Sinne von Schwierigkeiten von Kernmodellen?
*Worin liegen die wesentlichen Unterschiede zwischen Atom- und Kernphysik im Sinne von Schwierigkeiten von Kernmodellen?
**Atom: Zentralpotcntial, Elektronen "weit weg" -> läßt sich gut mit Schrödinger beschreiben + Störungstheorie für "kleinere" Effekte (FS+HFS usw.)
**Atom: Zentralpotential, Elektronen "weit weg" -> läßt sich gut mit Schrödinger beschreiben + Störungstheorie für "kleinere" Effekte (FS+HFS usw.)
**Kern: 2 WW: Coulomb + Kernkraft; Problem hier: Kernkraft nur phänomenologisches
**Kern: 2 WW: Coulomb + Kernkraft; Problem hier: Kernkraft nur phänomenologisches
** Potential (Yukawa); "saubere" Erklärung aus Rest-WW der Farbladung der Quarks bisher nicht möglich; kurze Reichweite der Kernkraft dennoch Ansatz Zentralfeld
** Potential (Yukawa); "saubere" Erklärung aus Rest-WW der Farbladung der Quarks bisher nicht möglich; kurze Reichweite der Kernkraft dennoch Ansatz Zentralfeld
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** Kollektive Anregungen
** Kollektive Anregungen
** Defonnationen des Kerns -> Quadrupoltenne (Energieaufspaltung messbar mit dEldx)
** Defonnationen des Kerns -> Quadrupoltenne (Energieaufspaltung messbar mit dEldx)
** Nielssonmodell (AufhebWlg der rn-Entartung, ansonsten nichts genaueres)
** Nielssonmodell (Aufhebung der rn-Entartung, ansonsten nichts genaueres)
* Heutige Experimente und Theorien der Kerne (hier wollte sie, glaube ich, die Verbindung zwischen Streuexperimenten und theoretischen Modellentwickhmgen wissen)
* Heutige Experimente und Theorien der Kerne (hier wollte sie, glaube ich, die Verbindung zwischen Streuexperimenten und theoretischen Modellentwickhmgen wissen)


Aktuelle Version vom 17. August 2011, 13:42 Uhr

Kanngießer

Kerndaten

  • Äußere Eigenschaften eines Kerns
    • Kernradius
    • Masse
    • Dichte (Größenordnungen)
    • Randschärfe (vgl. Mit Atomhülle)
    • magnetische Momente (phänomenolog.), cl. Ladung und Multipolmomente -> empirische Befunde -> Modell inkopressibler Kernmaterie

Häufigkeit: 4


Rutherfordscher Steuversuch

  • Wie misst man Radius -> Streuexperimente (Rutherford erklärt)
  • Was ist der differentielle Wirkungsquerschnitt?
  • Was ist das für eine Größe? ->statistisch Abschätzung des Kernradius über kritischen Winkel, bei dem Abweichung vom Rutherfordstreuquerschnitt vorliegt.
  • Was für eine Streuung liegt vor?-> elastische Streuung
  • Was verändert sich bei inelastischer Streuung?->Energieübertrag an Target.
  • Warum Goldfolie und kein Gas?

Häufigkeit: 3

Hofstädter Experiment

  • Was ändert sich bei Hofstädter Experiment? -> Wellenmechanische Beschreibung des Streuproblems.
  • Was wird gemessen?-> Ladungsverteilung.
  • Wie sehen Ladungsverteilungen (Protonverteilung) aus?
  • Wie sieht Neutronverteilung aus?

-> Wood-Saxon Form aufmalen. Bei Protonen mit Anstieg beim Rand des Kerns.

  • Was ergibt sich für den Wirkungsquerschnitt für ein Bild-> Bild mit Beugungsminima

Warum?-> Analogie zur Beugung am Hindernis/Beugung am Einzelspalt.

  • Welche Energie haben die Elektronen?-> 200MeV
  • Warum?-> Damit Wellenlänge im fm-Bereich ist.
  • Wie berechnet man die Wellenlänge? -> de Brouglie: lambda=hquer / omega
  • Was für ein Beugungsbild bekommt man?-> Fraunhoferbeugung (Bild aufgemalt)
  • Wie bekommt man aus Streuwirkungsquerschnitt die Ladungsverteilung? ->Streuwirkungsquerschnitt=Rutherfordquerschnitt mal Formfaktor (Fouriertrafo der Ladungsverteilung)
  • Warum Formfaktor?
    • -> bei Rutherford wurde von Punktladung ausgegangen, hier ausgedehnte Ladungsverteilung.
    • -> Vorgehen Potential (Wood-Saxon-Form) raten und anpassen bis ermittelter Streuquerschnitt über Fouriertrafo der Ladungsverteilung und Rutherfordquerschnitt mit den Messwerten übereinstimmt.
  • Warum keine „Vorwärtsrechnung“ möglich? (Vergleich mit Atomphysik) -> Hier komplizierter, da kein Zentralpotential und Überlagerung verschiedener Kräfte (Coulomb, starke, schwache WW).
  • Kemradienmessung
    • Rutherford -> Hofstädter (Formfaktor nur mit Leptonenstreuung, Mottstreuung erwähnt)
    • Myonisches Atom (nur erwähnt)
  • Wie misst man die Neutronenverteilung. daja vorherige Beispiele nur die Ladungsverteilung liefern? -> Streuung mit Hadronen wegen schwerer WW (z.B. a-Teilchen)

Häufigkeit: 3

Massenspektroskopie

  • Massenspektrometer (hier etwas genauer, mit Skizze und Funktionsweise.
  • Was ist der Hauptanteil der relativ kleinen Fehler? -> inhomogenitäten an den Rändern der Felder)

Häufigkeit:2

Fermigasmodell

  • Fermigasmodell (nicht detailliert, gibt Aufschluss Ober Asymmetrieenergie)

siehe http://physik.wikia.com/wiki/Fermigasmodell

  • Fermigasmodell -> gundlegende Idee + Notwenigkeit 2 getrennte Potenlialtöpfe für n und p

Häufigkeit 3

Bethe-Weizäcker Formel

  • Tröpfcherunodell (B/A Graph, Weizsäckerformel)
  • Erklärung der verschiedenen Terme. Wieso proportional zu V?
    • Oberflächenterm: -> weniger Bindungspartner
    • Coulombterm: -> Protonenabstoßung (Vergleich mit Ladungsverteilung aus Streuexperimenten)
    • Asymmetrieterm:-> Fermiegasherleitung angesprochen
    • Paarungsterm:->Isobarenregel
  • Woher kommt das Geraffel am Anfang der Bindungsenergiekurve?->Schalenabschlüsse
  • Schalenmodell: erst nur harmonischer Oszillator dann Spinbahnterm zur Erklärung der magischen Zahlen.
  • Magnetische Momente und Spin des Kerns.
  • Spaltung/Fusion wo möglich?
  • Warum keine spontane Fusion/Spaltung? (Bei Fusion wegen Coulombwall, bei Spaltung wegen Oberflächenenergieterm aus Tröpfchenmodell (Potential als Funktion der Deformation aufmalen)

Häufigkeit: 2

Unterschied Kern/Atomphysik

  • Worin liegen die wesentlichen Unterschiede zwischen Atom- und Kernphysik im Sinne von Schwierigkeiten von Kernmodellen?
    • Atom: Zentralpotential, Elektronen "weit weg" -> läßt sich gut mit Schrödinger beschreiben + Störungstheorie für "kleinere" Effekte (FS+HFS usw.)
    • Kern: 2 WW: Coulomb + Kernkraft; Problem hier: Kernkraft nur phänomenologisches
    • Potential (Yukawa); "saubere" Erklärung aus Rest-WW der Farbladung der Quarks bisher nicht möglich; kurze Reichweite der Kernkraft dennoch Ansatz Zentralfeld

Kerndrehimpulse und elektromagnetische Kernmomente

  • Drehimpulse + magnet. Momente von Kernen; was ist das + wie misst man das Modellvorstellung gg ,gu/ug, uu Experiment: Rabi Anwendung -> MRT

Schalenmodell des Kerns

  • Schalernnodell (Wood-Saxon-Potential, Spin-Bahn-Kopplung(Goeppert Mayer, vgl. Atomhülle), Magische Zahlen bis 28 aufmalen können)
    • Grenzen des Modells (Valenznukleonen, uu-Kerne werden schlecht beschrieben)
    • Kollektive Anregungen
    • Defonnationen des Kerns -> Quadrupoltenne (Energieaufspaltung messbar mit dEldx)
    • Nielssonmodell (Aufhebung der rn-Entartung, ansonsten nichts genaueres)
  • Heutige Experimente und Theorien der Kerne (hier wollte sie, glaube ich, die Verbindung zwischen Streuexperimenten und theoretischen Modellentwickhmgen wissen)

Kernkräfte

  • Was ist das besondere der starken und schwachen WW?

-> sehr kurze Reichweite

  • Analogie QCD -> \pi , QED -> \gamma (Quarks als Grundbaustein der Hadronen mit Gluonen als Austauschteilehen und Pionen als Austauschteilehen der Hadronen im Atomkern (Yukawa Potential), nur erwähnt, Quarks und Leptonen (speziell Elektronen) sind Punkteilchen)

α-Zerfall

  • α-Zerfall (Gamow-Faktor mit Abhängikeiten)

siehe:Alpha-Zerfall

β-Zerfall

  • ß-Übergänge: Prinzipielle Reaktionsgleichung + Bethe-Weizsäcker -> Mnssenparabeln-> I (beta) stabiles Isobar für A gerade bis zu 3 bei A ungerade -> eingezeichnet wo die liegen + mögliche doppelte ß-Zerfälle -> aktuelle Frage: Neutrinolos möglich?

Neutrinoexperimente

  • Neutrinoexperimente (habe alle relevanten Experimente aus dem Mayer-Kuckuk aufgezählt)
  • Experiment von Reines und Cowan näher erklären (Reaktionen aufmalen,
    • Warum Zeitdifferenz? ->Abbremszeit der Neutronen;
    • Warum NaJ als 'Y-Detektor? -> wegen benötigter Detektorgröße
  • Neutrinos: Was ist das wozu braucht man die (beim ß Zerfall)? Problem Energie + Impulserhal tung + Spin -> Erklärung es ex. ungeladenes Fermion
    • Nachweis?
      • Direkt: Ar->CI Rückstoß messen (Mit Skizze + ausführlicher Erklärung)Indirekt: induzierter Protonzerfall , e+e-Annihilalion; Koinzidenz verzögert CdNeutronnachweis
    • Was misst man jeweils Neutrino/Antineutrino; Wo bekommt man sie her SonnelKernreaktor
    • warum? -> Neutronenüberschuß der Spaltprodukte

Paritätsverletzung beim beta-Zerfall

  • Besonderheit beim ß Zerfall?

Paritätsverletzung -> postuliert von Lee+Yang -> Exp. von Wu erklärt; experimentelle Probleme: notwendige Ausrichtung der K.Spins; Magnetfeld + tiefe Temperatur-> adiabatische Entrnagneti sierung im He-Kryostat

  • Übergangsraten aus Fermis Goldener Regel ("grobe" Herleitung)
    • Fermi- und GT-Übergänge
    • Womit muß man den Zerfall des freien Neutrons beschreiben? -> Fermi und GT

Sonstiges

Wunschthemen

Rabi Experiment

Rabi -Experiment zur Messung des gyromagnetischen Verhältnisses (ausführlich erklärt). was ist die Lamorfrequenz, warum präzidiert Drehimpuls-> Heisenbergsche Unschärferelation, keine gleichzeitige scharfe Messung von Iz, Ix und Iy. Wie kann man Kernspins messen? -> Laserspektroskopie der HFS Welche Größenordnung hat HFS? -> MHz- Ghz Wie noch?-> Kernspinresonanzmethode-> Bestimmung der Lamorfrequenz Wie kommt man da auf den Spin?-> Differenzmessung der Lamorfrequenzen, dadurch fallen konstante Faktoren raus. ( Wusste ich nicht)


Frage:: Definition::


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