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Entdeckung des Myons und des Pions in der kosmischen Strahlung Daniel Ebeling.

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Präsentation zum Thema: "Entdeckung des Myons und des Pions in der kosmischen Strahlung Daniel Ebeling."—  Präsentation transkript:

1 Entdeckung des Myons und des Pions in der kosmischen Strahlung Daniel Ebeling

2 Überblick Kosmische Strahlung Geschichtliches Entdeckung des Myons Entdeckung des Pions

3 Kosmische Strahlung Entdeckung –Viktor Franz Hess 1912 –Intensität der Strahlung hängt von Höhe ab –Heißluftballon 5000 m Primärstrahlung –Protonen - 85% –Helium-Kerne - 12% –Kerne mit Z ¸ % –Elektronen- 1-2% –Photonen- 0,1%

4 Viktor Franz Hess (1883 – 1964) vor der Entdeckung der kosmischen Strahlen 1936 Nobelpreis

5 Kosmische Strahlung Energiebereich der Primärstrahlung – ca eV bis über 3 ¢ eV Teilchenfluss – ' 2,7 (10 10 eV < E < eV) – ' 3,1 (10 16 eV < E < eV) – ' 2,5 (E > eV)

6 Fluss der Primärteilchen in Abhängigkeit ihrer Energie

7 Energie (eV) Energiespektrum der kosmischen Strahlung. Y-Achse wurde mit E 2,5 skaliert.

8 Luftschauer Primärteilchen erzeugen beim Auftreffen auf die Atmosphäre Sekundärteilchen Bei höheren Energien Die Pionen zerfallen anschließend in Myonen

9 hallo

10 Geschichtliches 1932: 4 Teilchen (, p, n, e - ) 1934: Hedeki Yukawa Wechsel- wirkung starkem Austausch- teilchen MesonPhoton Reichweiteca. 1,4 fmunendlich Masse?0

11 Hideki Yukawa (1907 – 1981) 1949 Nobelpreis

12 Feynman-Diagramm für die Proton-Neutron- Wechselwirkung durch Austausch eines Pions Unschärferelation Energieverletzung nicht beobachtbar, wenn Mit R = 1,4 fm erhält man für die Masse des Pions

13 Entdeckung des Myons 1937: Anderson Nebelkammeraufnahmen m = 106 MeV, = 2,2 ¢ s Yukawas Meson? Nein! –Keine starke Wechselwirkung –Lebensdauer zu lang –Halbzahliger Spin –(Nur positive und negative Ladung)

14 Carl David Anderson (1905 – 1991) Nobelpreis 1936 (Positron)

15 Schematische Darstellung einer Nebelkammer

16 Das Myon heute Lepton Fermion Unterliegt der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung Zerfälle

17 Entdeckung des Pions 1947: § Powell Photografische Emulsionen –Verschiedene Berge (bis 5600 m) –Flugzeuge (bis 9100 m) m = 139,6 MeV/c 2 = 2,6 ¢ s In Photoplatte beobachteter Zerfall

18 Cecil Frank Powell (1903 – 1969) 1950 Nobelpreis

19 Beispiele für Zerfälle von Pionen in Myonen. Die Myonen zerfallen anschließend in Elektronen

20 Das neutrale Pion 1950: 0 Bjorklund Synchrozyklotron-Beschleuniger –Entdeckung der Produktionsschwelle von Pionen in Wechselwirkungen zwischen beschleunigten Protonen (¸ 200 MeV) und Kohlenstoff- oder Beryllium-Targets m = 135,0 MeV/c 2 = 0,8 ¢ s

21 Zerfall des Pions Mögliche Zerfälle Erster Zerfall ist stark unterdrückt

22 Zerfall des Pions Mögliche Zerfälle Erster Zerfall ist stark unterdrückt Erklärung: Paritätsverletzung bei der schwachen Wechselwirkung

23 Zerfall des Pions Relativistische Fermionen (Antifermionen) sind bevorzugt links(rechts)-händig Die umgekehrten Zustände sind nicht verboten, aber unterdrückt Neutrinos (Antineutrinos) sind immer relativistisch und deshalb immer links(rechts)-händig

24 Zerfall des Pions Relativistisch: Nicht-relativ.: Das + hat Spin-0 Die Spins der geladenen Leptonen und der Neutrinos müssen entgegengesetzt sein Helizitäten der emittierten Leptonen (s = dicke Pfeile, p = dünne Pfeile)

25 Zerfall des Pions e +, + sollten rechtshändig sein (Antifermionen) Massendifferenz zum Pion e + relativistisch ( m groß) + nichtrelativistisch ( m klein) Folgerung: Zerfall des Pions in Positron ist stark unterdrückt

26 Mesonenoktett Ordnung der Mesonen nach I 3 (x-Achse) und S (y-Achse) Ladung ergibt sich aus der Gell-Mann-Nishijima-Relation


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