IEKP-KA/2013-4 - Institut für Experimentelle Kernphysik - KIT

3.8. Kosmische Höhenstrahlung 21
Die geladenen Pionen (Lebensdauer 26 ns) und Kaonen (Lebensdauer 12,4 ns) zerfallen
leptonisch:
π + → µ + + ν µ (3.9)
π − → µ − + ¯ν µ (3.10)
K + → µ + + ν µ (3.11)
K − → µ − + ¯ν µ (3.12)
Die relativistische Zeitdilatation ermöglicht es hochenergetischen Myonen, trotz ihrer
kurzen mittleren Lebensdauer von 2,2 µs, die Erdoberfläche zu erreichen. Unterhalb von
10 GeV spielt der Myonenzerfall eine Rolle [KKZ97]:
µ − → e − ¯ν e ν µ (3.13)
µ + → e + ν e ¯ν µ (3.14)
Auf Meereshöhe stellen die verbliebenen Myonen mit einem Anteil von 80 % den größten
Anteil an Teilchen der sekundären kosmischen Höhenstrahlung dar. Pro Minute wird
auf Meereshöhe jeder Quadratzentimeter der Erdoberfläche durchschnittlich von einem
Myon pro Minute getroffen. Ihr Impulsspektrum beginnt bei weniger als 1 GeV/c, durchschnittlich
haben die Teilchen einen Impuls von 4 GeV/c [Blo07]. Es kommen zwar auch
Teilchen mit sehr viel größeren Impulsen vor, die Rate nimmt jedoch mit der Teilchenenergie
stark ab. Abbildung 3.9 zeigt den Fluss kosmischer Myonen auf Meereshöhe.
1 8
1 6
µ +
µ -
s -1 s r -1 G e V -1 )
-2
d Φ/d p (m
1 4
1 2
1 0
8
6
4
2
0
1 1 0
Im p u ls (G e V /c )
Abbildung 3.9.: Differentieller Fluss kosmischer Myonen auf Meereshöhe. Das Spektrum
beginnt bei weniger als 1 GeV/c und fällt zu hohen Energien stark ab.
Negativ geladene Myonen können von Atomen in der Atmosphäre eingefangen
werden, daher ist ihre Rate geringer als die der positiv geladenen
Myonen. Daten des Caprice94-Experiments [K + 99].