Schwache Zerfälle von Pionen und Myonen

Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann

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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.

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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)

$\begin{array}{ll}{\pi }^{+}& \to {\mu }^{+}+{\nu }_{\mu }\\ {\pi }^{-}& \to {\mu }^{-}+{\overline{\nu }}_{\mu }\\ \end{array}$

$t_{1/2}=2,5\times {10}^{-8}\text{s}$, dagegen ${\pi }^0\underset{\begin{array}{c}\text{elektro-}\\ \text{magn}\text{. WW}\end{array}}{\to }2\gamma$ mit $t_{1/2}=10^{-16}\text{s}$

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

${\nu }_{\mu }\ne {\nu }_e$ Experiment von Danby et al.

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

Myonen

Myonen ("schwere" Elektronen)

$\begin{array}{cc}{\mu }^{+}& \to e^{+}+{\nu }_e+{\overline{\nu }}_{\mu }\\ {\mu }^{-}& \to e^{-}+{\overline{\nu }}_e+{\nu }_{\mu }\\ \end{array}$

$t_{1/2}=2\times {10}^{-6}\text{s}$

Tau-Teilchen

${\tau }^{\pm }$ "superschwere" Elektronen m_\tau c^2 \approx 1,8 GeV und damit dritte Sorte von Neutrinos, die Tau-Neutrinos \nu_\tau (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.

$n\mathrm{\top }+W,W\to e^{-}+{\overline{\nu }}_e$

Zusammenfassung mit den Quarks zum Standardmodell:

*Baryonen z. B. p = (u u d) *Mesonen z. B. ${\pi }^{-}=(d\overline{u})$ *Gluonen (masselose Vektorbosonen) als Austauschteilchen für die starke WW