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.

3. Test

Relativistische Kollisionen online üben

Test 3 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 unterscheidet eine elastische von einer inelastischen Kollision?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Bei einer elastischen Kollision bleibt die gesamte kinetische Energie erhalten; bei einer inelastischen wird sie teilweise in innere Energie oder Masse umgewandelt..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Der Gesamtviererimpuls bleibt in beiden Fällen erhalten.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Bei einer elastischen Kollision bleibt die gesamte kinetische Energie erhalten; bei einer inelastischen wird sie teilweise in innere Energie oder Masse umgewandelt.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Der Gesamtviererimpuls bleibt in beiden Fällen erhalten.

2. FrageMultiple Choice

Warum ist die Impulserhaltung bei einer Kollision vektoriell?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Impulse besitzen Richtung und müssen komponentenweise addiert werden..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Ein großer Impuls in einer Richtung kann durch einen gleich großen Gegenimpuls kompensiert werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Impulse besitzen Richtung und müssen komponentenweise addiert werden.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Ein großer Impuls in einer Richtung kann durch einen gleich großen Gegenimpuls kompensiert werden.

3. FrageMultiple Choice

Was geschieht bei einer inelastischen Teilchenkollision mit kinetischer Energie?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Ein Teil kann in Ruheenergie neuer Teilchen, innere Anregung oder andere Energieformen übergehen..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die Gesamtenergie bleibt erhalten, auch wenn die Summe der kinetischen Energien der Endprodukte anders ist.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Ein Teil kann in Ruheenergie neuer Teilchen, innere Anregung oder andere Energieformen übergehen.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Die Gesamtenergie bleibt erhalten, auch wenn die Summe der kinetischen Energien der Endprodukte anders ist.

4. FrageMultiple Choice

Warum sind Kollisionsprodukte oft nicht in einer geraden Linie verteilt?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Mehrere Impuls- und Energieerhaltungsgleichungen sowie die Erzeugung neuer Teilchen bestimmen ihre Winkelverteilung..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Im Schwerpunktsystem kann der Gesamtimpuls null sein, während einzelne Produkte Gegenimpulse besitzen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Mehrere Impuls- und Energieerhaltungsgleichungen sowie die Erzeugung neuer Teilchen bestimmen ihre Winkelverteilung.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Im Schwerpunktsystem kann der Gesamtimpuls null sein, während einzelne Produkte Gegenimpulse besitzen.

5. FrageMultiple Choice

Warum kann eine Kollision neue Teilchen erzeugen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Kinetische Energie kann in Ruheenergie der neuen Teilchen umgewandelt werden, wenn die Erhaltungsgesetze erfüllt sind..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Entscheidend ist, ob die verfügbare Schwerpunktsenergie die erforderliche Schwelle erreicht.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Kinetische Energie kann in Ruheenergie der neuen Teilchen umgewandelt werden, wenn die Erhaltungsgesetze erfüllt sind.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Entscheidend ist, ob die verfügbare Schwerpunktsenergie die erforderliche Schwelle erreicht.

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.