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5 Entdeckung des Neutrinos ( Reines, Cowan, 1959 ) -Zerfall: Umkehrung ( Kernreaktor ): nachzuweisen Fermi-Theorie: Freie Weglänge: Experimenteller Ausweg: Extrem hoher Neutrinofluss an Kernreaktoren realisierbar: O( s ) Realisierung: Target aus H 2 O Cd Cl 2

6 e -Nachweis: Abstoppung ( 1cm, t s ) e e 2 zeitgleiche 511 keV Gammaquanten, back-to-back Nachweis in Flüssigszintillator ( Compton-, Photoeffekt ) n-Nachweis: Vielfachstreuung mit Protonen ( in H 2 O ) Thermalisierung nach t 10 6 s Einfang: n 114 Cd 115 Cd 115 Cd i ( 9,1 MeV ) Zeitverzögertes 9,1 MeV -Signal im Szintillator

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8 Das Experiment von Wu ( 1957 ) ( Erster Nachweis der Paritätsverletzung im -Zerfall ) -Zerfall H (e ) 0, H ( e ) 0 Messgröße: ist Pseudoskalar: P Anfangszustand P-symmetrisch (Eigenzustand zu P) A 0 Verletzung der Paritätssymmetrie Wenn die Parität erhalten wäre, müssten beide Zähler die gleiche Rate messen

9 -Zerfall im Wu-Experiment: ,01% 0,314 MeV 1,173 MeV 1,332 MeV (1,173 MeV) m I 5 P P m I 4 m ½ -Nachweis: Na J-Szintillator gute Energieauflösung -Winkelverteilung Grad der Probenpolarisation e-Nachweis: Anthrazen-Szintillator Zähler e-Vorzugs-Flugrichtung Paritätsverletzung Vorzugs- Richtung

10 Erzeugung der Kernpolarisierung: T 0K im Magnetfeld, adiabatische Entmagnetisierung eines paramagnetischen Salzes (Ce Mg-Nitrat), beschichtet mit 0,005 cm 60 Co Asymmetrie bzgl. Umpolung des Magnetfeldes Genauere Analyse: H (e ) v c für erlaubte -Zerfälle Eigentümlich: P, H e.m. P, H stark aber P, H schwach

11 4.4. Kernmodelle Übersicht Kern: Kompliziertes Vielteilchensystem Bindung: H e.m. H stark Zerfall: H e.m. H stark H schwach Statische Kernstruktur ( H e.m. H stark ): a)Grundzustand: Tröpfchenmodell (s.o.) beschreibt Bindungsenergie b)Spektrum der angeregten Zustände: b1) Fermigas-Modell Wechselwirkungsfreies Gas zweier Fermionsorten (p,n) im Kastenpotential bei Temperatur T 0 K Qualitative (nicht quantitative) Erklärung der Energieniveaus Kernradius R K Potentialtiefe V 0 (s.u.)

12 Fermigas-Modell Dichte der Energiezustände (vgl. Festkörperphysik, Elektronengas) m m(Nukleon) EEFEF voll besetzt besetzt mit je zwei Protonen ( ) und zwei Neutronen ( ) bis zur Fermikante E F Gesamtzahl der Nukleonen pro Sorte:

13 E B Nukleon 8 MeV V 0 E F 8 MeV 40 MeV für stabile Kerne r RKRK E EFEF V0V0 V(r) E B Nukleon 0 ProtonenNeutronen

14 Coulomb-Korrektur V p V n N p N n -Stabilität E F | p E F | n

15 Konsequenz: Asymmetrieterm ( Tröpfchenmodell ) ableitbar Zimmertemperatur k B T 0,025 eV E F 30 MeV T Kern 0 K sehr gute gerechtfertigt Anpassung der Niveaufolge an Beobachtung erfordert realistische Potentialverläufe ( andere Effekte Schalenmodell ) b2) Einteilchen-Schalenmodell (s.u.) Wellenfunktion eines Nukleons im effektiven Potential des Rumpfkerns & Sin-Bahn-Kopplung & Spin-Spin-Kopplung b3) Kollektivmodell Abweichung von Kugelform Vibrations- und Rotationszustände Behandlung mehrerer Nukleonen oberhalb gefüllter Schalen

16 Magische Zahlen Atomphysik: Hauptquantenzahl n abgeschlossene Schalen Pauli-Prinzip n 1 2 ElektronenK-Schale n 2 8 ElektronenL-Schale n 3 18 ElektronenM-Schale Konsequenzen: Stabilität gefüllter (Unter-)Schalen, Atomvolumina, Bindungsenergien, Chemische Aktivität, Periodensystem Stabile Kernkonfigurationen beobachtet bei Magischen Zahlen: a)Große Separationsenergie des letzten Nukleons bei: N, Z 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 N, Z gerade und I 0 -Paare bzw. -Paare

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18 b)WQ für Neutronen-Einfang extrem klein bei N

19 c)Besonders viele Isotope und Isotone bei N, Z 50, 82, 126

20 d)Kerne mit magischen Z häufig in Natur (kosmische Strahlung,...) e)Magische Zahlen sichtbar in Umwandlungsenergien ( -, -Zerfälle, Kernreaktionen)

21 Modell: (Goeppert-Mayer, Jensen & Haxel & Suess, 1948) Analogon: Einteilchenmodell der Atomhülle (Hatree-Fock-Methode) Bewegung im mittleren Potential der übrigen Elektronen Coulombfeld des Atomkerns Kern: V ij nur phänomenologisch parametrisierbar (Kernkraft) V ij nicht klein es gibt keinen festen Ursprung nur Relativkoordinaten

22 Bild 1, 2

23 Bild 3

24 Vergleich mit experimentellen Befunden Regeln des Schalenmodells: Besetze unterste freien Niveaus; beachte dabei das Pauli-Verbot Sättige die Spins ab (Paarungsenergie) Erfolge: a)Magische Zahlen abgeschlossene Schalen & große Energielücke b)Niveauschema : pnpn Grundzustände: Erste Anregung:

25 c)Sehr gute Vorhersagen für doppelt-magische Rumpfkerne: ( 28 p ) ( 28 n ) 1 Leuchtnukleon ( n ) magisch ( 82 p ) ( 126 n ) 1 Leuchtnukleon ( n ) magisch d)Erfolgreiche Vorhersage von Ladungsverteilungen: ( 20 p ) ( 20 n ) doppelt magisch 19 p ( 20 n ) & Loch-Nukleon ( p, Ladung e ) Differenz der Nukeondichten der beiden Kerne |W.F.| 2 des fehlenden Protons in -Schale e)Rumpf & Leuchtnukeon nicht-sphärische Kerne magnetische Diplol- und Quadrupolmomente Quantitativ korrekte Vorhersage durchs Schalenmodell

26 f)Niveaus sind sehr nah zusammen und I 4 Vorhersage der Kernisomerie (hoher Multipolübergang mit extrem langer Lebensdauer) g)Direkte Messung der LS-Kopplung in Doppelstreu-Experiment 1 1 Polarisator Analysator 2 2 Detektor Proton E He L up S up S down Polarisator / Analysator Resultat: L up S down C LS 0 1, 2 ( Q 2 ) kontrollierte Eindringtiefe V LS (r)


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