Schwache Zerfälle von Pionen und Myonen

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Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann
Kein GFDL Der Artikel Schwache Zerfälle von Pionen und Myonen basiert auf der Vorlesungsmitschrift von Moritz Schubotz des 16.Kapitels (Abschnitt 0) der Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann.
Schwache Zerfälle von Pionen und Myonen Schwache Zerfälle von Pionen und Myonen

Inhaltsverzeichnis
  1. Kernphysik Einleitung
  2. Kernradien
  3. Bindungsenergien
  4. Tröpfchenmodell, Weizsäckersche Massenformel
  5. Kerndrehimpulse und elektromagnetische Kernmomente
  6. Messung von Kernmomenten
  7. Das Schalenmodell des Kerns
  8. Kernkräfte
  9. Kernzerfälle, Strahlenschutz
  10. Abschirmung radioaktiver Strahlung
  11. Alpha-Zerfall
  12. Beta-Zerfall
  13. Gamma-Zerfall
  14. Neutrinoexperimente
  15. Paritätsverletzung beim beta-Zerfall
  16. Schwache Zerfälle von Pionen und Myonen
  17. Synchrotron- und Laserstrahlung


Neben "normalem" ß-Zerfall der Nukleonen schwache Zerfälle auch bei anderen "Elementarteilchen", erkennbar an der relativ großen Lebensdauer.

Pionen

Pionen (vor Quarkmodell Austauschteilchen der starken WW)


\begin{align} {{\pi }^{+}}&\to {{\mu }^{+}}+{{\nu }_{\mu }} \\ {{\pi }^{-}}&\to {{\mu }^{-}}+{{{\bar{\nu }}}_{\mu }} \\ \end{align}

{{t}_{1/2}}=2,5\times {{10}^{-8}}\text{s}, dagegen {{\pi }^{0}}\underset{\begin{smallmatrix} \text{elektro-} \\ \text{magn}\text{. WW} \end{smallmatrix}}{\mathop{\to }}\,2\gamma mit t1 / 2 = 10 − 16s

Ruhemassen: \begin{array}{*{35}{l}} {{\pi }^{\pm }} & 139,6\text{ MeV} \\ {{\mu }^{\pm }} & 105,9\text{ MeV} \\ \end{array} \Delta E=34\text{ MeV }=30\text{MeV}\left( {{E}_{\nu }} \right)+4\text{MeV}\left( {{E}_{\mu }} \right)


{{\nu }_{\mu }}\ne {{\nu }_{e}} Experiment von Danby et al.[1]

  • {{\nu }_{\mu }}+n\to {{\mu }^{-}}+p nachgewiesen
  • {{\nu }_{\mu }}+n\nrightarrow {{e}^{-}}+p "inverser ß-Zerfall" nicht nachgewiesen

Myonen

Myonen ("schwere" Elektronen)

\begin{array}{*{35}{l}} {{\mu }^{+}} & \to {{e}^{+}}+{{\nu }_{e}}+{{{\bar{\nu }}}_{\mu }} \\ {{\mu }^{-}} & \to {{e}^{-}}+{{{\bar{\nu }}}_{e}}+{{\nu }_{\mu }} \\ \end{array}


{{t}_{1/2}}=2\times {{10}^{-6}}\text{s}

Tau-Teilchen

\tau^\pm "superschwere" Elektronen m_\tau c^2 \approx 1,8 GeV und damit dritte Sorte von Neutrinos, die Tau-Neutrinos ντ (1976).


Nach dem Vorbild der Vereinheitlichung von elektrischen und magnetischen Vorgängen durch Maxwell nun Vereinheitlichung von elektromagnetischer und schwacher WW zur elektroschwachen WW (Glashow 1960), Weinberg und Salam 1967). Dabei treten 4 Austauschteilchen, nämlich das masselose Photon und die drei massiven intermediären Bosonen W± (81 GeV) und Z° (94 GeV) auf. Der ß-zerfall kann damit gewissermaßen als "Zweistufenprozeß" beschrieben werden, z. B.

n\to p+W, W \to e^- +\bar \nu_e

Zusammenfassung mit den Quarks zum Standardmodell:

*Baryonen z. B. p = (u u d) *Mesonen z. B. *Gluonen (masselose Vektorbosonen) als Austauschteilchen für die starke WW

Einzelnachweise

  1. ↑ Danby et al. Phys. Rev. Lett. 2, 36, (1962)
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