Glossar: Teilchen, Felder, Quanten

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Begriff	Erklärung
Boson	Teilchen oder Bindungszustand mit ganzzahligem Spin; bosonische Mehrteilchenzustände genügen der Bose-Einstein-Statistik.
Confinement	Quarks und Gluonen sind permanent in Hadronen (Mesonen und Baryonen) eingeschlossen. Neben dem experimentellen Befund sprechen zahlreiche theoretische Argumente für diesen permanenten Einschluss, ein direkter Beweis mithilfe der Feldgleichungen der QCD steht aber noch aus.
Divergenz	Unendlichkeiten in der störungstheoretischen Berechnung von Amplituden (S-Matrixelementen), verursacht durch unbekannte Physik bei kleinsten Distanzen (höchsten Energien). Renormierungsprogramm verschiebt diese unbekannte Struktur in Massen und Kopplungskonstanten, die experimentell bestimmt werden müssen (Kap. 6).
Eichgruppe	Menge von lokalen Symmetrietransformationen, die die mathematischen Gruppenpostulate erfüllen.
Eichtheorie	(Quanten-)Feldtheorie, die invariant gegenüber lokalen Symmetrietransformationen (Eichgruppe) ist. Eichinvarianz (Anhang B) einer relativistischen Quantenfeldtheorie erfordert die Existenz von Eichbosonen mit Spin 1, im Standardmodell Photon, Gluonen, $W$- und $Z$-Boson.
elektroschwache Eichtheorie	Vereinheitlichte Theorie der elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkungen (Kap. 7); diese Theorie bildet gemeinsam mit der Quantenchromodynamik das Standardmodell der fundamentalen Wechselwirkungen.
Fermion	Teilchen oder Bindungszustand mit halbzahligem Spin; fermionische Mehrteilchenzustände genügen der Fermi-Dirac-Statistik .
Kausalit\"at	Ursache (Zeit $t_U$) $\, \rightarrow$ Wirkung (Zeit $t_W$) mit $t_U < t_W$ in der nichtrelativistischen Physik. In der Speziellen Relativitätstheorie (Zeit abhängig vom Inertialsystem) entspricht die Kausalität der Bedingung, dass es keine Signale mit Überlichtgeschwindigkeit gibt.
Lagrangian	Englische Bezeichnung für Lagrange-Dichte: Verallgemeinerung der Lagrange-Funktion der klassischen Mechanik in der Feldtheorie. Kompakte Darstellung einer (Quanten-)Feldtheorie, aus der die Feldgleichungen abgeleitet werden können.
Quantenchromodynamik (QCD)	Quantenfeldtheorie der starken Wechselwirkung (starke Kernkraft, Kap. 8), Eichtheorie mit acht Gluonen als Eichbosonen.
Quantenelektrodynamik (QED)	Quantenfeldtheorie der elektromagnetischen Wechselwirkung (Kap. 5), Eichtheorie mit dem Photon als Eichboson.
Renormierung	Relationen zwischen Parametern einer Quantenfeldtheorie (Massen, Kopplungskonstanten) und messbaren Grö\3en; diese Relationen werden durch die Wechselwirkung geändert (renormiert). Renormierung beseitigt die in der Störungstheorie auftretenden Divergenzen von S-Matrixelementen (Kap. 6). Renormierbare Quantenfeldtheorien ermöglichen wohldefinierte Vorhersagen in jeder Ordnung Störungstheorie.
S-Matrix	Unitäre (unendlichdimensionale) Matrix; ein Element dieser Matrix ist die Wahrscheinlichkeitsamplitude für die Entwicklung eines gegebenen Anfangszustandes ($t \to - \infty$) in einen definierten Endzustand ($t \to \infty$). Absolutquadrate von S-Matrixelementen bestimmen messbare Grö\3en wie Wirkungsquerschnitte und Zerfallswahrscheinlichkeiten $\to$ Zustand.
Spin	Eigendrehimpuls; wird wie der Bahndrehimpuls in Einheiten von $\hbar$ angegeben (Dimension einer Wirkung). Zum Unterschied vom Bahndrehimpuls, der nur ganzzahlige Werte $\ge 0$ annimmt, kann der Spin auch halbzahlige Werte annehmen (Darstellungstheorie der Drehgruppe).
St\"orungstheorie	Entwicklung einer Amplitude (S-Matrixelement) in der Quantenfeldtheorie nach Potenzen einer oder mehrerer Kopplungskonstanten, z. B. in der QED nach Potenzen der Feinstrukturkonstante $\alpha$.
Symmetrie	Transformation von Koordinaten und Feldern, die Bewegungs- bzw. Feldgleichungen ungeändert lässt. Solche Transformationen erfüllen die mathematischen Gruppenpostulate. Je nach der Eigenschaft der Transformationsparameter unterscheidet man zwischen diskreten (z. B. Parität) und kontinuierlichen Symmetrien (z. B. Drehungen). Diese Parameter sind entweder koordinatenunabhängig (globale Symmetrie) oder koordinatenabhängig (lokale Symmetrie = Eichsymmetrie).
Wechselwirkung	Der nichtrelativistische Begriff der Kraft wird im relativistischen Bereich durch den umfassenderen Begriff der Wechselwirkung ersetzt. Eine der wichtigsten Erkenntnisse der modernen Physik besagt, dass alle physikalischen Phänomene auf genau vier fundamentale Wechselwirkungen zurückgeführt werden können: Gravitation, elektromagnetische Wechselwirkung und die nur im Mikrokosmos relevanten starken und schwachen Wechselwirkungen.
Wirkung	In der klassischen Mechanik das zeitliche Integral über die Lagrange-Funktion, in der Feldtheorie das 4-dimensionale Integral über den Lagrangian (Lagrange-Dichte); wird in Einheiten J\,s = kg\,m$^2$\,s$^{-1}$ gemessen. In der Quantenphysik ist das Planck'sche Wirkungsquantum $\hbar$ das Ma\3 für die Wirkung. Energie$\times$Zeit, Ort$\times$Impuls, Drehimpuls haben alle die Dimension einer Wirkung.
Zustand	Beschreibung eines quantenphysikalischen Systems durch kinematische Grö\3en (Energie, Impuls) und Quantenzahlen (Ladung, Spin, \dots). In der Quantenmechanik wird die zeitliche Entwicklung eines Zustands durch die Schrödinger-Gleichung bestimmt. Wegen der Möglichkeit von Teilchenerzeugung und -vernichtung ist die zeitliche Entwicklung in der relativistischen Quantenfeldtheorie wesentlich komplexer. Experimentell zugänglich sind Wahrscheinlichkeiten für die Entwicklung eines gegebenen Anfangszustands in einen definierten Endzustand $\to$ S-Matrix.

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