Relativistische Kollisionen und Zerfälle verstehen

Bei hohen Energien werden Energie und Impuls zu einem Viererimpuls verbunden. Auf dieser Seite übst du invariante Masse, Schwerpunktsenergie, Kollisionen, Teilchenzerfälle und Schwellenbedingungen.

Die Aufgaben passen besonders zu Klasse 11–12 und verbinden Erhaltungssätze, Detektorspuren, Kalorimeter, Untergrund und Unsicherheitsanalyse.

So löst du Aufgaben zur relativistischen Teilchenphysik

  1. Bestimme Gesamtenergie, Gesamtimpuls und das passende Bezugssystem.
  2. Verwende die invariante Beziehung m²c⁴ = E² − (pc)².
  3. Prüfe Energie, Impuls, Ladung, Schwellenenergie und Einheiten.
  4. Bewerte Detektorauflösung, Akzeptanz, Untergrund und statistische Signifikanz.

1. Test

Relativistische Kollisionen online üben

Test 1 zu Viererimpuls, invarianter Masse und Teilchenkollisionen mit 5 Aufgaben und Lösungen.

Wähle eine Antwort. Prüfe anschließend Viererimpuls, Energie, Impuls, Erhaltungssätze und Einheiten.

5 Fragen
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Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Was ist die invariante Masse eines Teilchensystems?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Die Masse, die aus der Gesamtenergie und dem Gesamtimpuls des Systems in jedem Inertialsystem denselben Wert ergibt..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Für ein System gilt invariant m²c⁴ = E² − (pc)².
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Masse, die aus der Gesamtenergie und dem Gesamtimpuls des Systems in jedem Inertialsystem denselben Wert ergibt.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Für ein System gilt invariant m²c⁴ = E² − (pc)².

2. FrageMultiple Choice

Warum heißt die invariante Masse invariant?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Weil ihr Wert unter Lorentz-Transformationen zwischen Inertialsystemen unverändert bleibt..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Energie und Impuls ändern sich einzeln, ihre relativistische Kombination bleibt jedoch gleich.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Weil ihr Wert unter Lorentz-Transformationen zwischen Inertialsystemen unverändert bleibt.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Energie und Impuls ändern sich einzeln, ihre relativistische Kombination bleibt jedoch gleich.

3. FrageMultiple Choice

Was ist die Ruhemasse eines einzelnen Teilchens?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Die Masse, die im Ruhesystem des Teilchens gemessen wird..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Im Ruhesystem ist der Impuls null und E = mc² für die reine Ruheenergie.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Masse, die im Ruhesystem des Teilchens gemessen wird.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Im Ruhesystem ist der Impuls null und E = mc² für die reine Ruheenergie.

4. FrageMultiple Choice

Kann ein System aus masselosen Photonen eine invariante Masse besitzen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Ja, wenn die Gesamtenergie und die Vektorsumme der Impulse eine positive Systemmasse ergeben..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Zwei nicht gleichgerichtete Photonen können beispielsweise ein System mit positiver invarianter Masse bilden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Ja, wenn die Gesamtenergie und die Vektorsumme der Impulse eine positive Systemmasse ergeben.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Zwei nicht gleichgerichtete Photonen können beispielsweise ein System mit positiver invarianter Masse bilden.

5. FrageMultiple Choice

Warum ist die invariante Masse bei Teilchenzerfällen nützlich?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Sie kann aus den Energien und Impulsen der Zerfallsprodukte rekonstruiert werden..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Ein Peak in der invarianten Massenverteilung kann auf ein erzeugtes Mutterteilchen hinweisen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Sie kann aus den Energien und Impulsen der Zerfallsprodukte rekonstruiert werden.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Ein Peak in der invarianten Massenverteilung kann auf ein erzeugtes Mutterteilchen hinweisen.

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Relativistische Kollisionen FAQ

Was ist invariante Masse?

Eine aus Gesamtenergie und Gesamtimpuls bestimmte Masse, die in allen Inertialsystemen denselben Wert besitzt.

Was ist Schwerpunktsenergie?

Die Energie im Schwerpunktsystem, die für Ruhemasse und Bewegung der Kollisionsprodukte zur Verfügung steht.

Wie rekonstruiert man ein Mutterteilchen?

Man addiert die Viererimpulse der Zerfallsprodukte und berechnet daraus die invariante Masse.

Gibt es Lösungen zu allen Aufgaben?

Ja. Jede Aufgabe enthält eine richtige Antwort, eine Erklärung und drei nachvollziehbare Lösungsschritte.