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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  10  10 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: 44 22 00 55 0,01%  0,314 MeV 1,173 MeV 1,332 MeV     (1,173 MeV) mI  5mI  5 P P mI  4mI  4 m  ½m  ½ m  ½m  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 gut 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 & Spin-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

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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 Nukleondichten der beiden Kerne  |W.F.| 2 des fehlenden Protons in -Schale ✓ e)Rumpf & Leuchtnulkeon  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 ℓ ≃ 1 Polarisator Analysator 22 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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