Das 'Standardbuch' ist Povh: Teilchen und Kerne, Springer Lehrbuch
Dies deckt die Teilchenphysik ganz gut ab. bei der Kernphysik fehlen aber Gebiete, die fuer die Pruefung relevant sind. So sollten Sie ein Grundwissen haben zu Themen wie:
- Kernspaltung und Kernreaktoren, Fusion.
- Energiegewinnung und Elemententstehung in Sternen, Teilchenphysik der ersten 3 Minuten.
       Diese Teile sind im Demtroeder Experimentalphysik 4 ganz gut aber eher extensiv behandelt.

Andere empfehlenswerte Buecher sind: Frauenfeld-Henley: "Teilchen und Kerne", Oldenburg Verlag
Fuer die Teilchenphysik alleine ist Perkins: "Hochenergiephysik", Addison-Wesley   der Klassiker. Empfohlen fuer Leute mit besonderem Interesse fuer die Teilchenphysik,
die auch noch zu einem Teilchenphysiker in die Pruefung gehen wollen.

Natuerlich ist ein Lehrbuch 'Geschmackssache' und Sie muessen sehen, mit welchen Sie am besten zurecht kommen.

*Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie:
   -Ionisation (Bethe-Bloch)
   - Energieverlust von Elektronen durch Ionisation und Bremsstrahlung. Die Strahlungslaenge
  * Wechselwirkung von Photonen: Photoeffekt, Compton- und Paarbildung vs. E(gamma)
  *El. magn. Schauerbildung, charkteristische Groessen
  * Hadronische Schauerbildung: inelastische WW, fehlende Energie..
  * Der Cerenkoveffekt

Detektoren:
   - Zeitmessung ( Bsp. Szintillationszaehler)
   - Prinzip eines Spurdetektors. Beispiel Gasdetektor (MWPC,Driftkammer) und Halbleiterzaehler
   - Teilchenidentifizierung durch Flugzeit, dE/dx, Cerenkovzaehler
    - el. magn Schauerzaehler : Prinzip und 1 Beispiel
    - Hadronkalorimeter: Prinzip und Beispiel

 Testfragen:
    * welche Detektoren sind fuer die moeglichst genaue Messung der Gammaenergien in der Kernphysik geeignet
       (Energien von 100 kEV bis 2 MeV)?
    * Wie kann ich Pionen, Kaonen und Protonen im GeV bereich trennen? (Beispiele)
    * wie lassen sich Myonen und Elektronen im GeV Bereich identisfizieren
   * erlaeutern Sie am Beispiel eines LEP Detektors, wie sich die Zerfaelle Z--> e+e-, mu+mu-, tau+tau- und Z--> quark antiquark trennen lassen.
      koennen Sie quarkflavour identifizieren und wie?
    * wann ist es sinnvoll die Elektronenergie kalorimetrisch zu messen, wann ist eine Impulsmessung besser? warum?
   * Warum ist die Energieaufloesung eines Hadronkalorimeters bei derselben Energie viel schlechter als die eines elektromagnetischen
       Kalorimeters. Was kann ich tun um die Aufloesung in beiden faelen moeglichst gut zu machen?

Kinematik und Streuprozesse:
* Anwendungen relativistischer Kinematik auf Stossprozesse
     -- wie transformieren sich Energie und Impuls vom Schwerpunkts-  ins Laborsystem
     --  Lebensdauer und mittlere Zerfallslaenge im Labor und CMS.
  -- Invarianten bei Hochenergiereaktionen. Schwerpunktsenergie und Impulsuebertag bei Streureaktionen.
  * Wirkungsquerschnitt, Luminositaet und mittlere freie Weglaenge
  * Feynmandiagramme zur Charakterisierung von Teilchenprozessen: phys. Bedeutung der Propagatoren und
     Ladungen (Kopplungen) an den Vertices. Beispiele.
   * Grundwissen ueber wichtige Beschleuniger der HEP.

  Testfragen:
   * wozu wird eine hohe Schwerpunktsenergie benoetigt? Wie unterscheidet sich diese fuer fixed target Experimente und Colliderexperimente  fuer eine gegebene Beschleunigerenergie?
  * HERA hat eine mittlere Luminositaet von 10**31 cm**(-2)s**(-1). Die W-Produktion hat einen Wirkungsquerschnitt von 10 pb. Wieviele Ereignisse werden in einer WW-Zone pro Jahr (10**7 sec) erzeugt?
  * atmosphaerische Neutrinos (E~ 1 GeV haben einen Absoptionswirkungsquerschnitt von ca. 10**(-36 ) cm**2. Was ist ihre mittlere freie Weglaenge in der Erde. Mit welcher Wahrscheinlichkeit werden sie beim Durchgang durch die Erde absorbiert?
  *Wieso kann man daran denken einen Myonencollider  (ECMS ` 1 TeV) zu bauen, obwohl Myonen eine kurze Lebensdauer haben? Schaetzen sie ab wie schnell die Myonen im collider zerfallen werden.
* zeichnen Sie die Feynmandiagramme fuer die Bindung des Elektrons an das Proton im H-Atom und fuer
 Charmonium mit Angabe der Ladungen und ebenso den Verlauf der zugehoerigen Potentiale. Was ist beiden
Systemen gemeinsam und Warum? Worin liegt der Unterschied? Wann macht das Feynmandiagramm im Fall des
Charmoniums Sinn?
* Zeichnen sie die Feynmandiagramme fuer die Erzeugung von W-Paaren bei e+e-. Warum gibt es mehrere? Wie sieht das Diagramm
 fuer die W-Erzeugung an pp oder pbar-p beschleunigern aus?

  1)   Strukturbestimmung:

   - Prinzip eines Streuexperiments, der differentielle Wirkungsquerschnitt
  - raeumliche Aufloesung bei einem Streuexperiment
  - Rutherford- und Mottstreuung an punktfoermigen Teilchen, Form des WQ
  - Streuung am ausgedehnten Target: ein typ. Streuexperiment z.B. SLAC
    a) elastische Streuung an Kernen und am Nukleon: diff. WQ, Invarianten,die Formfaktoren
       Ladungsstruktur der Kerne und des Nukleons
    b) inelastische e-Streuung: diff WQ, Invarianten, die Strukturfunktionen
       - Skalenverhalten bei der e-Nukleonstreuung, Skalenvariable
       - das Quarkpartonmodell, Quarkdichten und Strukturfunktionen

Testfragen zur Selbstkontrolle:
  * wie misst man den elastischen e-N Wirkungsquerschnitt, welche Messgroessen  sind erforderlich?
     (wie wurde es z.B. an SLAC genmacht?)
  * Warum braucht man hohe Energien um kleine raeumliche Strukturen
    aufzuloesen. Haben Sie eine  anschauliche physikalische Erklaerung?
   * Ein e-Beschleuniger hat die Elektronenergie 200 MeV. Kann ich damit
    ein Streuexperiment machen, das die Partonen im Proton nachweist?
  * Welche unabhaengigen Invarianten stehen bei elastischer/inelastischer
    Streuung zur Verfuegung? Wovon koennen die Formfaktoren/Strukturfunktionen  abhaengen?
  * Wie viele unabhaengige Formfaktoren gibts fuer die elastische e-N Streuung?
    Koennen sie deren physikalische Bedeutung angeben? Gibt es Voraussagen fuer
    Q**2 =0 und warum? Warum sind die Formfaktoren immer <= 1?
    * Sagen die Formfaktoren etwas ueber die raeumliche Ladungsverteilung aus?
    Wie ist der Zusammenhang?

  * woraus folgt, dass es punktfoermige Streuzentren im Proton gibt?
  * welche Messergebnisse legen nahe, dass man die Partonen mit Quarks
     identifizieren kann
  * welche Bedeutung haben die Skalenvariable x und y?
  * was wissen wir ueber die Quarkdichten und wie haengen sie mit den
 Strukturfunktionen zusammen?

2) Quarkmodell und Hadronstruktur:(Uebersicht)

 - Eigenschaften der Quarks, Quarkfamilien, Flavourquantenzahlen, Farbladung
  - wichtige Baryonen und Mesonen und ihre Quantenzahlen
    Grundzustaende der 'stabilen Teilchen': Baryon- und Mesonmultipletts
  - Eigenschaften wichtiger Hadronen: ein Blick in das particle data book
    Nukleon, Pi-,K- Mesonen, Nukleonresonanzen, Isospin
  - Vektormesonen
   Testfragen zur Selbstkontrolle:
* wie sieht das Massenspektrum der Quarks aus?  Kann man Quarkmassen eindeutig messen; was ist die Bedeutung
   der Massen von u,d,s-Quarks?
 * Quarkzusammensetztung, Multipletts der stabilen Hadronen
  * welche Teilchen sind im SM absolut stabil, wie zerfallen Teilchen mit
    s,b,t-quarks? Typische Lebensdauern?
  * welche Quantenzahlen bleiben bei der Erzeugung von Hadronen durch
  starke und el.mag. WW erhalten?
  * Warum spielen Pionen eine besondere Rolle? Wie werden Pionen in
  einem Detektor nachgewiesen?
  * wie sieht die Wellenfunktion des Delta++ aus?

3) Elektromagnetische Wechselwirkung

 - e+e- Speicherringe. Erzeugung von Lepton- und Quarkpaaren, Elektron -
 und Myonpaarerzeugung, diff. WQ.
 - der hadronische WQ. Exp. Befunde zu R(had) (Verhaeltnis von hadronischem WQ zum WQ fuer           Myonpaarerzeugung.
 - Voraussagen des Quarkmodells: Feynmandiagramme, R(had) , Resonanzerzeugung
 - Jets und Fragmentation

  -QED in hoeherer Ordnung:
     g-2 von Elektron und Myon. Welche QED Korrekturen treten auf? Prinzip des (g-2) Myon Experiments
 

Testfragen:
   * warum faellt der Wirkungsquerschnitt fuer Paarerzeugung wie 1/s ab? Wie sieht die Winkelverteilung fuer Myonpaarerzeugung aus und warum?
   Wieso ist das fur e+e- --> e+e- anders aus?
 * demonstrieren Sie an Hand der Hadronerzeugung in e+e- dass es verschiedene Quarkflavours gibt und wie gross etwa deren massen sind.
 * welche Messungen zeigen, dass im Kontinuum in der Tat Quark-Antiquark Paare erzeugt werden? Welche Eigenschaften der Quarks werden getestet?
* was sind typische QED Koorekturen? Diskutieren Sie das fuer (g-2) und die Lambshift.
 * weshalb wird ein so grosser Aufwand getrieben (g-2) beim Myon immer genauer zu messen? Wie ist das Prinzip der Messung?
* wie gross ist ein Elektron bzw. ein Quark?
4) Schwache Wechselwirkung:

 *die Leptonfamilien und deren Zerfaelle. Eigenschaften der Neutrinos.
* die Quarkfamilien und deren schwache Zerfaelle, Quarkmischung (CKM Matrix)
 *  die Staerke der schwachen Kopplung (geladener Strom)
   und die Reichweite der schwachen WW.
* Die Paritaetsverletzung: wie laesst sie sich nachweisen,experimentelle Messung und Konsequenzen.
(* Experimente mit hochenergetischen Neutrinos: Erzeugug von Neutrinostrahlen und tiefinelastische Neutrinostreuung)

* die Vektorbosonen (W,Z) : Erzeugung und ihre Zerfaelle.

Testfragen:
  * woraus folgt, dass es drei verschiedene Neutrinos gibt?
   * welche Quantenzahlen werden bei den schwachen Lepton- und Quarkzerfaellen verletzt, welche bleiben erhalten?
  * wie koennen Sie den Cabibbowinkel bestimmen ( 1 Beispiel)
  * wodurch ist die Lebensdauer eines schwachen Zerfalls bestimmt? warum lebt das Neutron 15 Minuten und das Lambda nur 
    10**(-10)       sec?
  * welche Messgroessen erlauben es Paritaetsverletzung nachzuweisen. Welche Moeglichkeiten haben Sie z.B. beim
    n-Betazerfall?
  * 'Fermionen sind Linkshaender' bei der schwachen Wechselwirkung (mit W-Bosonen). Wie ist das beim Pionzerfall??
 * wie haeufig zerfaellt das W-Boson in Hadronen und wie haeufig in Leptonen?
 * haben Neutrinos Massen? was weiss man woher?
   * was hat das SNO Experiment gemessen?

5) Die elektroschwache Wechselwirkung:

* Grundideen der elektroschwachen Vereinheitlichung:
    - geladene und neutrale Stroeme. Beispiele: e+e- --> W+W- ,  elastische Neutrinostreuung am Elektron
    - Beziehungen zwischen den Massen der Vektorbosonen
* die Kopplungen von Fermionen an W-Bosonen und das Z-Boson: Paritaetsverletzung? Rolle des schwachen Mischungswinkels.
  - Form der geladenen und neutralen Stroeme
 - Anwendung: Verzweigungsverhaeltnisse von W- und Z-zerfaellen.
* Physik der Z-Resonanz, drei Generationen von Neutrinos,Tests der elektroschwachen
   Wechselwirkung. Was ist das Higgsboson was weiss man darueber?

Testfragen:
  * wie werden W  und Z am e+e- Speicherring erzeugt, wie bei LHC? (Feynmandiagramme!), wie kann die
   Produktion bei LHC nachgewiesen werden?
   * wie verlaeuft der e+e- WQ fuer e+e---> Hadronen und e+e----> 2 gamma zwischen ECM 50 und 200 GeV?
  * Welche Konsequenzen haette die Existenz eines 5. Neutrinos auf die Z0-Resonanz?
  * wieso kann es in Atomen Paritaetsverletzung geben? Wie gross ist der Effekt ungefaehr?
   * wie sieht der neutrale Strom fuer Quarks und Leptonen aus ? wovon haengt jeweils die relative Staerke von Vektor und Axialvektorkopplung ab?
   * was wurde bei LEP ueber das Higgs gelernt? Direkt und indirekt? Wie will mans bei LHC finden?
    * wie zerfaellt das Top-Quark, wie wurde es nachgewiesen?

6) Die starke Wechselwirkung (QCD)

* Evidenz fuer Gluonen und Farbladung
* Eigenschaften der Gluonen, Selbstwechselwirkung
* die Grundprozesse der QCD  q-q, q-g und g-g Wechselwirkungen und deren Kopplungen.
* der Verlauf der Kopplungskonstanten alphas , asymptotische Freiheit und confinement
und das phaenomenologische Potential zwischen Quarks   oder q-qbar.
* Jets und Fragmentation.  Qualitative Erklaerung im Rahmen der QCD.
* Beispiele fuer harte Streuprozesse und Bestimmungen von alphas:
   - Multijetproduktion in e+e- Vernichtung bei hohen Energien
   - Erzeugung schwerer Teilchen und von jets am ppbar collider ( top-Erzeugung, W-Erzeugung)
   - die Aenderungen der Partonverteilungen mit Q**2 in der tiefinelastischen Streuung (Skalenverletzungen).

Testfragen:
  * nennen Sie experimentelle Beweise fuer die Existenz des Farbfreiheitsgrads.
  * woher wisen wir, dass Gluonen Spin 1 haben und selbst Farbladung tragen?
  * wie kann ich Top-Paare am Tevatron und spaeter bei LHC erzeugen? Feynamndiagramme. Wie weise ich die Produktion nach?
  * wie sieht die Gluonimpulsverteilung im Proton aus? Wie beschreibt man die Erzeugung schwerer Quarkpaare in Hadronkollissionen?
  * was sind Jets und wieso  gibt es sie? Was charakterisiert sie?  Wie funktioniert die Fragmentation und Jetbildung?
 
 

B) Zusammengesetzte Systeme

1) Quarkonia: Spektroskopie am Beispiel des Charmonium

    * vergleichen Sie das Charmoniumspektrum mit dem H-Spektrum. Zahl der Zustaende, Quantenzahlen
     * wieso gibt es nur zwei  'stabile' radiale Anregungen? Wie gross muss der Radius des Psiprime ungefaehr sein?
    * das Spektrum wurde wie in der Atomphysik ueber elektromagnetische Uebegaenge bestimmt.  In welchem Bereich
liegen die Photonenergien und wie wuerden Sie diese moeglichst genau messen?
 

2) Hadronspektroskopie
  - Multipletts und Quarkwellenfunktionen fuer Mesonen und Baryonen
  - magnetische Momente der Baryonen
 - Betazerfaelle: Fermis goldene Regel, V,A Struktur, Beispiele Neutron- und Lambda-Betazerfall.

Testfragen:
   * wie viele Mesonen gibt es fuer einen festen Satz von Quantenzahlen Spin J,Paritaet  ?
    * wodurch unterscheiden sich K₀ und K_obar? Wie zerfallen beide?
     * warum haben Proton und Neutron anomale magnetische Momente?
    * Beim Lambdazerfall Lambda--> p pi wurde Paritaetsverletzung zuerst beobachtet... allerdings war der Effekt vor dem Wu Experiment
      noch nicht hinreichend signifikant. Was koennte  die Messgroesse sein?

3)  Eigenschaften von Kernen: Phaenomenologie
    - Nuklide, Isotope, Kernbindungsenergien
    - Stabile Kerne und Kernzerfaelle in der (Z,A) Ebene , schwerste Kerne
    - natuerliche Radioaktivitaet
    - statische Eigenschaften der Kerne: Kernradien, Spin und magnetische Momente

Testfragen:
   * warum hoeren die stabilen Kerne bei Wolfram auf A=239? Warum gibt es 4 Zerfallsketten mit langen Lebensdauern?
     Wieviel Betazerfaelle gibt es pro Zerfallkette, welche Art von Betazerfall?
   * wie und wo wird Energie durch Fusion gewonnen? Welcher Fusionsschritt ergibt den groessten Gewinn?
   * wieviele Betazerfaelle gibt es fuer festes A? Geben Sie Beispiele, Begruendung!
     * warum wird Energie bei der Spaltung gewonnen? Warum sind die Spaltprodukte radioaktiv?
     * warum laesst sich U235 durch thermische Neutronen spalten aber nicht U238? warum ist das ungluecklich?
     * wie sieht die Form von Kernen aus fuer leichte und schwere Kerne?
     * welche kerne sind besonders stabil?

4) Kernbetazerfall:
  -- welche Zerfaelle sind moeglich? Lebensdauern, ft-Werte, Kurieplot
  - erlaubte und 'verbotene Zerfaelle, Fermi-und Gamov-Teller Uebergaenge.

    *warum gibt es Betazerfaelle mit lebensdauern von Mikrosekunden bis 10**20 Jahren? Warum sind die Ft-Werte so extrem unterschiedlich,warum lebt K40 10**10 Jahre?
     * wie kann man die Masse des Elektronneutrinos eingrenzen?

5) Kernanregungen und Gammazerfaelle
    - Multipoluebergaenge, Moessbauereffekt
* was sind isomere kerne, wann tauchen sie auf? Erklaerung im Schalenmodell?
* wieiunterscheiden sich die Gammauebergaenge  E1, E3 und M2?
* wie macht man kernresonanzspektroskopie? Was zeichnet den Moessbauereffekt aus?

6) Kernkraefte und Kernmodelle:
  - exp. Befunde zur Kernkraft. Reichweite, Saettigung, Isospininvarianz, Mesonaustausch
 - das Fermigasmodell
 - das Schalenmodell: magische Kerne, Einteilchenpotential, Anwendungsbereich
                                   wichtigste Aussagen. ( Ein Heidelberger Muss!)

* wieso macht es Sinn von einem mittleren Potential eines Nukleons zu reden, wie gross ist die mittlere freie Weglaenge
eines Nukleons im Kern?
* warum bevorzugen die Kernkraefte N=Z? warum wird N>Z fuer gorsses Z. Was ist das schwerste stabile Nuklid mit N=Z? Wodurch
ist das ausgezeichnet?
  * was lernt man ueber die Nukleon-Nukleon Wechselwirkung aus dem Deuteron?
 * was zeichnet magische Zahlen aus und wie kommen sie im Schalenmodell heraus? was laesst sich im Schalenmodell vorhersagen?
  * nennen sie Bereiche wo das Schalenmodell versagen muss. Wieso?

7) Kernspaltung und Prinzip der Kernreaktoren.(Basiswissen z.B. aus Lehrbuechern der Sekundarstufe II)
   - Kernphysik: spaltbare Kerne, Neutronbilanz, Moderation,
   - prinzipieller Aufbau eiens Kernreaktors, radioaktives Inventar

* in welche Bruchstuecke spalten Kerne? Wo bleibt die freiwerdende Energie?
* warum sind thermische Neutronen fuer die Kettenreaktion  erforderlich und damit ein guter Moderator?
* wie wird ein Reaktor gesteuert. Warum genuegt es nicht den Reaktor abzustellen um einen Reaktorunfall zu vermeiden?
* wie sieht die Neutronenbilanz in einem Reaktor aus?

8) Fusion
       -Fusionsreaktionen fuer Reaktoren, Lawsonkriterium, Reaktortypen
       -Fusionsreaktionen in Sternen:
      - Hauptreihensterne, Neutrinos von der Sonne?
     - Grundwissen zur Elemententstehung in den Sternen

* welche Fusionsreaktionen eignen sich besonders gut fuer die kntrollierte Fusion und warum?
* wie funktioniert ein Tokhamak und wie weit sind die Forscher?
* erklaeren sie das Hertzsprung-Russeldiagramm
* wie wird H zu He fusioniert? Wie viele und welche Neutrinos werden dabei frei?
* wie und wo werden schwere Elemente erzeugt?

9) Astrophysik und Urknall

Kritsche Dichte und tatsaechlich gemessene Energiedichte im Universum
Zusammensetzung der Energiedichte

    - Endstadien der Sterne: weisse Zwerge, Neutronsterne, Schwarze Loecher
   - der big bang: exp. Befunde, Teilchenphysik in den ersten drei Minuten, die Hintergrundstrahlung
    - Massenverteilung im Universum: sichtbare Masse, dunkle Masse und dunkle Energie
    - woher kennt man die Energiedichte im Universum?
    - wie kann man die dunkle Materie nachweisen?

10 Aktuelle Fragen:
     CP-Verletzung in Kaon- und B-Mesonszerfaellen
     Neutrinooszillationen und Neutrinomassen.
     Higgsuche
      was waeren supersymmetrische Teilchen? Was ist eine moegliche Relation zur dunklen Materie?