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Particle Physics in the LHC Era

  • von G. Barr et al.
  • 01. September 2016
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G. Barr et al.: Particle Physics in the LHC Era, Oxford University Press, Oxford 2016, 432 S., broschiert, 34,99 £, ISBN 9780198748557

Dieses Lehrbuch gibt eine Einführung in die Teilchenphysik für Studierende im letzten Jahr des Bachelorstudiums bzw. am Anfang des Masterstudiums. Wie der Titel bereits andeutet, sollen Studierende das Standardmodell sowie die aktuellen Fragen und Ergebnisse der Teilchenphysik kennenlernen.

In der ersten Hälfte des Buches geht es darum, die Begriffe und Grundlagen für das weitere Verständnis zu erarbeiten. Dazu zählen diskrete Symmetrien, Addition von Drehimpulsen, Lorentz-Invarianz, Phasenraum, Wirkungsquerschnitt, Zerfallsraten und Gruppentheorie. Die wichtigsten experimentellen Konzepte wie Teilchenbeschleuniger, Wechselwirkung von Teilchen mit Materie und Teilchendetektoren mit vielen Beispielen der LHC-Experimente werden vorgestellt. Anschließend folgen Kapitel über das statische Quarkmodell und eine Einführung in die relativistische Quantenmechanik mit Schwerpunkt auf der Dirac-Gleichung und mit einfachen Erläuterungen zur Eichsymmetrie.

Die Autoren konfrontieren die Leser anschließend direkt mit der schwachen Wechselwirkung, CKM-Matrix und der elektroschwachen Vereinigung. Das folgende Kapitel gibt einen Überblick über die experimentelle Bestätigung der elektroschwachen Theorie mit Schwerpunkt auf LEP- und Tevatron-Resultaten. Das Quark-Parton-Modell wird mit Beispielen aus der Neutrino- und Elektron-Quark-Streuung erläutert, gefolgt von einer knappen Abhandlung der QCD, der laufenden Kopplungskonstante und den Partonverteilungsfunktionen. Der nächste Abschnitt handelt von Oszillationen, im Mesonsystem mit CP-Verletzung und bei den Neutrinos, gefolgt von einem Kapitel über das Higgs-Boson, das eine einfache Einführung in den Higgs-Mechanismus und Resultate zur Entdeckung des Higgs-Bosons am LHC beinhaltet. Das letzte Kapitel ist der Suche nach neuer Physik am LHC gewidmet.

Insgesamt ist es den Autoren sehr gut gelungen, mit einfachen mathematischen Grundlagen ein umfassendes, aktuelles Lehrbuch zur Teilchenphysik vorzustellen. Allerdings stellt sich die Frage, wie sich das Buch in einem üblichen deutschen Bachelor- und Masterstudium effizient einsetzen lassen könnte. Im dreijährigen Bachelorstudium bleibt für die Teilchenphysik in Kombination mit der Kernphysik häufig nur ein halbes Semester übrig. Dafür ist das vorliegende Buch zu umfangreich, aber es bietet interessierten Studierenden eine gute Möglichkeit für ein vertieftes Selbststudium. Von einem fortgeschrittenen Kurs im Masterstudium würde man hingegen eine detailliertere Berechnung von Wirkungsquerschnitten mit Hilfe der Feynman-Regeln und eine Behandlung von Prozessen höherer Ordnung der Störungstheorie erwarten. Dennoch ist das Buch insgesamt als Einführung in die moderne Teilchenphysik sehr zu empfehlen. Sicher dürfte es beim Leser den Wunsch wecken, in weiterführenden Kursen das Standardmodell in all seinen Facetten noch besser zu verstehen.

Prof. Dr. Gregor Herten, Physikalisches Institut, Universität Freiburg

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