Die
elektromagnetische Wechselwirkung und ihre Phänomene
Die
vier unteren Feynman-Diagramme zeigen vier Prozesse der elektromagnetischen Wechselwirkung:
die Compton-Streuung,
die Paarerzeugung,
die Paarvernichtung
und
der Zerfall
des neutralen Pions π0.
Ordnen
Sie die Feynman-Diagramme den vier Prozessen zu!
Wollen
Sie einen ersten Tipp?
Überlegen Sie was bei der Compton-Streuung und der
Paarerzeugung bzw. -vernichtung passiert.
Die
Compton-Streuung ist die Streuung eines Photons an einem Elektron. Das Elektron
absorbiert das Photon und wird durch dieses angeregt. Nach einiger Zeit emittiert
es wiederum ein Photon, mit einer niedrigeren Energie als das eingefallene.
Bei
der Paarerzeugung bzw. -vernichtung zerfällt
ein Photon, der doppelten Ruheenergie eines Elektrons, in ein Elektron und in
ein Positron. Ein Positron lässt sich durch ein in der Zeit zurücklaufendes
Elektron darstellen. Mit einem Elektron zusammen zerfällt es bei der Paarvernichtung
wiederum ein Photon.
Beim Zerfall des neutralen
π0 emittieren
ein u-Quark und ein u-Antiquark, zwei Bausteine des π0,
durch Paarvernichtung ein Photon. Dieses zerstrahlt wiederum durch Paarbildung
in ein Elektron und ein Positron.
Betrachten Sie nun
die Anfangs- und Endzustände des jeweiligen Prozesses. Und versuchen Sie
diese Vorgänge in den Feynman-Diagrammen wieder zu finden.
Hier eine weitere Lösungshilfe:
Die Anfangszustände
der Compton-Streuung sind ein Elektron und ein Photon, die Endzustände sind
ebenfalls ein Elektron und ein Photon. Bei der Paarerzeugung sind im Anfangszustand
ein Photon und im Endzustand ein Elektron und ein Positron zu finden. Bei der
Paarvernichtung sind es ein Elektron und ein Positron im Anfangszustand und ein
Photon im Endzustand. Der Zerfall des π0
beginnt mit einem u-Quark und u-Antiquark und endet mit einem Elektron
und einem Positron.
Ordnen
Sie nun die Anfangszustände den ein- und auslaufenden Teilchen zu! Beachten
Sie dabei das sich ein Positron durch ein in der Zeit zurücklaufendes Elektron
darstellen lässt.
Sind Sie sicher, dass Sie es ausreichend selbst
versucht haben?
Dies
ist die ist die Lösung der Aufgabe:
Die Abbildung 1 zeigt die Compton-Streuung,
die Streuung eines Photons an einem Elektron. Das Elektron absorbiert das Photon
und wird durch dieses angeregt. Nach einiger Zeit emittiert es wiederum ein Photon,
mit einer niedrigeren Energie als das eingefallene. Es kehrt in seinen ursprünglichen
Zustand zurück.
Abbildung
2 beschreibt die Paarvernichtung. Das Positron zerfällt zusammen mit dem
Elektron in ein Photon.
Das
Feynman-Diagramm in Abbildung 3 zeigt den Zerfall des
π0 . Es
hat eine Lebensdauer von 10−8 s. Das u-Quark und das u-Antiquark
des π0
emittieren durch Paarvernichtung ein Photon. Dieses zerstrahlt wiederum
durch Paarbildung in ein Elektron und ein Positron.
Die
Abbildung 4 beschreibt die Paarerzeugung. Ein Photon, der doppelten Ruheenergie
eines Elektrons, zerfällt in ein Elektron und in ein Positron. In der Abbildung
ist das Positron durch ein in der Zeit zurücklaufendes Elektron dargestellt.
