GEORG-AUGUST-UNIVERSIT AT G OTTINGEN II. Physikalisches ...

mit der Gummidichtung auf die Kanne und vergewissern Sie sich, dass die Kanne
richtig verschlossen ist.
Schalten Sie alle Netzgeräte wieder ein und lassen Sie den Photomultiplier über 15 min
warmlaufen. Vergessen Sie nicht die Hochspannung nachzuregeln!
Führen Sie eine 100-minütige Ratenmessung durch und werten Sie diese ebenfalls mit
einer Intervalllänge von 1000 ms an dem Computer aus.
3. Messung der Lebensdauer des Myons
In diesem Versuchsabschnitt soll die mittlere Lebensdauer der Myonen bestimmt
werden. Stoppt ein Myon in der wassergefüllten Thermoskanne und zerfällt es unter
anderem in ein Elektron, so sind in der Kanne zwei Lichtblitze zu beobachten (vgl.
Abb. 11). Der erste Blitz stammt von dem Myon, der zweite von dem Tochterteilchen
(Elektron oder Positron). Die Zeitdifferenz der Doppelimpulse wird gemessen und
daraus die Lebensdauer bestimmt. Da Doppelimpulse sehr selten sind, wird die Messung
über mehrere Tage durchgeführt. Stellen Sie die Kanne auf die Bleiklötze und
starten Sie die Lebensdauermessung. Vergewissern Sie sich, dass das Hinweisschild
sichtbar aufgestellt ist.
Abbildung 11: Schematische Erklärung für das Zustandekommen der zwei Lichtblitze
in der Kanne. Sowohl das Myon als auch das Elektron können Cherenkov-
Strahlung auslösen.
Lassen Sie sich ihre Ergebnisse von Ihrem Assistenten signieren und vereinbaren Sie
einen Termin zum Versuchsabbau.
Im Folgenden wird das der Lebensdauermessung zugrunde liegende Wissen anhand
von Fragen vermittelt:
1 a) Berechnen Sie mit Hilfe der Gleichung (16) den minimalen Impuls, den geladene
Teilchen benötigen, um Cherenkov-Strahlung auszulösen. Berechnen Sie diesen
für Myonen und Elektronen.
b) Können die aus einem Myonzerfall hervorgehenden Elektronen Cherenkov-Strahlung
auslösen, wenn das Myon in Ruhe ist (TIPP: Dreikörperzerfall)?
2 a) Berechnen Sie den durchschnittlichen Energieverlust eines sich durch Wasser
bewegenden Myons mit dem in 1a) berechneten Impuls. Verwenden Sie dazu die
Relation β = p
und die Bethe-Bloch-Formel (Gl. (17)). Messen Sie die Höhe der
E
Wassersäule in der Kanne.
b) Erklären Sie anhand ihrer Berechnungen und der folgenden Grafik, dass Myonen
in der Kanne stoppen können. Für welche Myonenergien gilt dies? Kommen diese
Energien bei den kosmischen Myonen vor?
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