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)

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

$t_{1/2}=2,5\times {10}^{-8}\text{s}$, 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: $\begin{array}{ll}{\pi }^{\pm }& 139,6\text{ MeV}\\ {\mu }^{\pm }& 105,9\text{ MeV}\\ \end{array}$ $\mathrm{\Delta }E=34\text{ MeV }=30\text{MeV}\left(E_{\nu }\right)+4\text{MeV}\left(E_{\mu }\right)$

${\nu }_{\mu }\ne {\nu }_e$ 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)

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

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

Tau-Teilchen

${\tau }^{\pm }$ "superschwere" Elektronen $m_{\tau }{c}^2\approx 1,8GeV$ 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.

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

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