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.

4. Test

Relativistische Kollisionen online üben

Test 4 zu Viererimpuls, invarianter Masse und Teilchenkollisionen mit 5 Aufgaben und Lösungen.

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

5 Fragen
0/5 Fragen0 %
Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Was ist ein Teilchenzerfall?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Ein instabiles Teilchen geht in mehrere andere Teilchen über..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Energie, Impuls, Ladung und die jeweils gültigen Quantenzahlen müssen dabei erhalten bleiben.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Ein instabiles Teilchen geht in mehrere andere Teilchen über.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Energie, Impuls, Ladung und die jeweils gültigen Quantenzahlen müssen dabei erhalten bleiben.

2. FrageMultiple Choice

Was ist ein Zweikörperzerfall?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Ein Mutterteilchen zerfällt in genau zwei Endprodukte..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Im Ruhesystem des Mutterteilchens sind die Impulse der beiden Produkte entgegengesetzt.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Ein Mutterteilchen zerfällt in genau zwei Endprodukte.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Im Ruhesystem des Mutterteilchens sind die Impulse der beiden Produkte entgegengesetzt.

3. FrageMultiple Choice

Warum können Zerfallsprodukte im Ruhesystem der Mutter feste Impulsbeträge besitzen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Energie- und Impulserhaltung sowie die bekannten Massen legen die Zweikörperkinematik fest..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die Richtungen können variieren, aber die Beträge sind bei einem einfachen Zweikörperzerfall bestimmt.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Energie- und Impulserhaltung sowie die bekannten Massen legen die Zweikörperkinematik fest.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Die Richtungen können variieren, aber die Beträge sind bei einem einfachen Zweikörperzerfall bestimmt.

4. FrageMultiple Choice

Was ist die Lebensdauer eines instabilen Teilchens?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Die charakteristische mittlere Zeit, bevor ein Teilchen zerfällt..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die gemessene Lebensdauer kann durch Zeitdilatation relativ zur Eigenlebensdauer verlängert erscheinen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die charakteristische mittlere Zeit, bevor ein Teilchen zerfällt.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Die gemessene Lebensdauer kann durch Zeitdilatation relativ zur Eigenlebensdauer verlängert erscheinen.

5. FrageMultiple Choice

Warum kann man eine Mutterteilchenmasse aus Zerfallsprodukten rekonstruieren?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Die Summe ihrer Viererimpulse besitzt dieselbe invariante Masse wie das Mutterteilchen..

  1. Kollisionsgröße bestimmen: Ordne die Aufgabe invarianter Masse, Viererimpuls, Kollision, Zerfall, Detektor oder Unsicherheit zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Aus gemessenen Energien und Impulsen ergibt sich eine Verteilung, in der ein Teilchenpeak sichtbar werden kann.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Summe ihrer Viererimpulse besitzt dieselbe invariante Masse wie das Mutterteilchen.. Achte auf Energie, Impuls, Bezugssystem, Erhaltungssätze und Einheiten.

Aus gemessenen Energien und Impulsen ergibt sich eine Verteilung, in der ein Teilchenpeak sichtbar werden kann.

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.