Exercise:
Beantworten Sie die folgen Fragen kurz und knapp. enumerate item Spezielle Relativitätstheorie enumerate item Ein Zug von m Länge fährt durch einen Bahnhof von m Länge. Welche Geschwindigkeit muss er haben damit für einen am Bahnsteig stehen Beobachter das vordere Ende den Bahnhof noch nicht verlassen hat als das here Ende in den Bahnhof hineinfährt? ~Pkt item Die kinetische Energie eines Teilchens macht % seiner Gesamtenergie aus. Welche Geschwindigkeit hat das Teilchen? ~Pkt enumerate item Quantenmechanik enumerate item Beschreiben Sie kurz den Compton-Effekt und erläutern Sie wie er sich von der klassischen Physik unterscheidet. ~Pkt item Ein Staubpartikel mit der Masse millig kann mit einem Lichtmikroskop auf Delta x ^-m genau geortet werden. Wie gross ist die Unbestimmtheit der Geschwindigkeit? ~Pkt enumerate item Kernphysik enumerate item Welches Alter hat ein .g schweres Leinenstück wenn dieses etwa Zerfälle pro Minute aufweist? Natürliche Aktivität ist Bq. ~Pkt item Wie können alpha- beta^pm- und gamma-Teilchen in einem Experiment unterschieden werden? Beschreiben Sie kurz und knapp. ~Pkt enumerate item Teilchenphysik enumerate item Wie können Quarks von Leptonen und Fermionen von Bosonen unterschieden werden? ~Pkt item Erklären Sie den Grund weshalb einzelne Quarks nie frei existieren können. ~Pkt enumerate item Kosmologie enumerate item Welchen Ursprung hat die kosmische Hergrundstrahlung CMB? ~Pkt item Beschreiben Sie einen experimentell nachgewiesenen Grund für die Existenz der dunklen Materie. ~Pkt enumerate enumerate

Solution:
Anbei die kurzen und knappen Antworten. Jede Teilaufgabe gibt einen Punkt wobei keine Teilpunkte vergeben werden. enumerate item enumerate item Für die Längenkontraktion gilt: Delta x fracDelta x'gamma myRarrow v apx .c wobei Delta x m und Delta x' m sind. item Für die gesamte Energie gilt: E E_kin + E_ und E gamma E_ myRarrow E E_kin + fracEgamma. Mit E_kin .E erhalten wir: .E fracEgamma myRarrow v apx .c. enumerate item enumerate item Beim Compton-Effekt trifft ein Photon auf ein Elektron und wird danach abgelenkt wobei die Energie des Photons und damit die Wellenlänge sich verändert. Dies kann man sich als unelastischen Stoss zwischen dem Elektron und Photon vorstellen. Klassisch erwartet man hingegen dass das Photon das Elektron anregt und dieses mit der gleichen Frequenz wieder ein Photon abstrahlt. item Die Unbestimmtheit im Impuls erhalten wir aus der Heisenberg'schen Unschärferelation: Delta x Delta p ge frachbar myRarrow Delta v fracDelta pm ge frachbarmDelta x apx . ^-. enumerate item enumerate item Die Anzahl Zerfälle in der Probe sind A .Bq und sonst A_ Bq. Mit der Halbwertszeit T_/ fracln lambda apx jahr erhalten wir: T fraclnA_/Aln T_/ apx jahr. item Das gamma-Teichen ist das einzige welches nicht geladen ist. Damit wird es durch ein elektrischen oder magnetischen Feld nicht beeinflusst. Das alpha-Teilchen ist viel schwerer als die beta-Teilchen. Damit wird das alpha-Teilchen in einem magnetischen Feld weniger stark abgelenkt als das beta-Teilchen. Die Ladung der beta-Teilchen kann durch die Ablenkung in einem elektrischen oder magnetischen Feld unterschieden werden. enumerate item enumerate item Quarks sind die einzigen Fermionen welche stark wechselwirken. Fermionen haben einen halbzahligen Spin und Bosonen einen ganzzahligen Spin. item Die Starke Wechselwirkung wird gross wenn der Abstand gross wird. Damit muss sehr viel Energie aufgewet werden um ein Quark von einem anderen Quark zu trennen. Diese Energie reicht jedoch aus um ein neues Quarks zu erzeugen. enumerate item enumerate item Das frühe Univer war so heiss dass Fusionsprozesse abgelaufen sind. Im wesentlichen wurde Helium erbrütet. Dabei wurde Strahlung frei. Nach dem sich das Univer genüg abgekühlt hatte und keine Fusionsprozesse mehr abliefen kam keine weitere Strahlung hinzu. Diese hat sich nun so stark abgekühlt dass sie nur noch wenige Kelvin kalt ist. item Die Rotationsgeschwindigkeiten der Galaxien ist zu hoch im Verhältnis zur sichtbaren Materie. Die sichtbare Materie könnte eine solche Geschwindigkeit von Materie nicht auf der Bahn halten. Somit muss noch mehr Materie vorhanden sein welche nicht sichtbar ist und daher nicht mit Licht wechselwirkt. enumerate enumerate