Paritätsverletzung beim beta-Zerfall

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Die Abfrage enthält hat eine leere Bedingung.



Paritätstransformation P:

  • polare Vektoren "Richtung":
    • lin. Impuls
    • el Feld
  • axiale Vektoren "Drehsinn"
    • Bahndrehimpuls
    • magn. Feld
    • Spin


Skalarprodukte:

  • Skalar
(pol. V , pol. V) --> + ( , ) 
(ax. V  , ax. V ) --> + ( , )
  • Pseudoskalar
(pol. V , ax. V ) --> - ( , )

Bei Paritätserhaltung (starke WW, elektromagn. WW) müssen die exp. Ergebnisse nach der Paritätsoperation die gleichen sein und somit pseudoskalare Größen identisch verschwinden. Falls pseudoskalare Größen 0 --> Parität verletzt.

Pseudoskalare aus den Meßgrößen des ß-Zerfalls:

Winkel verteilung von Elektronen gegenüber ausgerichteten Kernen
longitudinale Polarisation (Helizität) der Elektronen bzw. Neutrinos

Wu-Experiment

Erstes Experiment zur Paritätsverletzung: Winkelverteilung der Elektronen gegenüber ausgerichteten 60Co-Kernen [1](theoretischer Anstoß von Lee und Young aus dem Zwei- bzw. Drei-Pionenzerfall der Kaonen)

Intensitätsmessung der emittierten Elektronen mit festem Impuls pe bei 1 und 2 äquivalent Kernspinumkehr und Messung bei 1.
ANMERKUNG Schubotz: Spin kann mit Magnetfeld umgedreht werden ohne die Appertaur drehen zu müssen

Exp. Schwierigkeit: Kernspinausrichtung

Ausrichtende Wirkung

Dagegen wirkt die thermische Energie kT,

z. B.


Magnetfeld B, Festkörper mit Temperatur T


Bedingung für (teilweise) Ausrichtung

Experimentell erreichbar bei

durch innere Magnetfelder paramagnetischer Ionen
durch adiabatische Demagnetisierung.
Wu-Experiment
  1. Probe mit flüssigem He abkühlen,
  2. horizontales Magnetfeld T anlegen und
  3. Orientierungswärme durch He-Sieden abführen. Danach
  4. He abpumpen und B langsam abschalten.

Adiabatische Demagnetisierung ergibt Abkühlung auf ca. K. Kleines vertikales Magnetfeld mit T reicht zur Ausrichtung der Co-Hülle (wegen anisotropem g-Faktor bewirkt das Ausrichtungsfeld nur eine sehr kleine Erwärmung),diese wirkt mit T auf ihren Kern und richtet ihn aus.

--> ß zählen und das gleiche mit umgepoltem vertikalem Ausrichtungsfeld wiederholen.

Wegen der Erwärmung der Probe hatte man ca. 10 Min. Zeit. Die zeitliche Abhängigkeit der Ausrichtung durch die Erwärmung wurde durch die 0° - 90° Asymmetrie der 1,13 MeV bzw. 1,33 MeV in den -Zählern gemessen.

Ergebnis: Es wurden mehr ß entgegengesetzt zur Richtung des Kernspins I als in Richtung von I emittiert. (Unterschied zur Isotropie ca. 30%). Das bedeutet, daß die Elektronenspins bevorzugt antiparallel zur Flugrichtung stehen.


Kernspin vor und nach dem Zerfall

Helizitätsmessung

Weitere Experimente zur Paritätsverletzung: Messung der Longitudinalpolarisation (Helizität) der Neutrinos bzw. der Elektronen.

Neutrinohelizität ~ Goldhaber et al., Phys. Rev. 109, 1015 (1958)


15.5.elektroneneinfang.png

Es interessiert der K-Einfang des angeregten -Niveaus von 152Eu in das angeregte -Niveau des 152Sm und danach der -Übergang (0,961 MeV) in das Grundzustandsniveau .

Wegen Impulserhaltung sind die Flugrichtungen des Rückstoßkerns Sm (1) und des Neutrinos entgegengesetzt. Wegen Drehimpulserhaltung sind die Spins der beiden entgegengesetzt. Also hat der Rückstoßkern die gleiche Helizität wie das emittierte Neutrino. Bei dem schnellen -Zerfall wird die Drehimpulsrichtung unverändert an das weitergegeben, d.h. diejenigen , die in gleicher Richtung wie der Rückstoßkern Sm (1) emittiert werden, haben die gleiche Helizität wie das Neutrino.


Diese können dadurch nachgewiesen werden, daß nur sie resonant in einem Sm-Absorber absorbiert werden können, da bei ihnen die üblicherweise fehlende Rückstoßenergie gerade kompensiert wird, da zufälligerweise die Energie MeV vom K-Einfang mit der Energie = 0,961 MeV in etwa übereinstimmt. Die Helizität dieser resonant absorbierbaren wird durch Compton-Streuung an polarisiertem Eisen gemessen.

Ergebnis: Die sind linkszirkular polarisiert und damit die Helizität des Neutrinos negativ.

Ein ähnliches Ergebnis erhält man bei der Helizitätsmessung der Elektronen, deren Longitudinalpolarisation zunächst durch eine Bahnablenkung in eine Transversalpolarisation verwandelt wird (unrelat. 90° Ablenkung, relat. mehr wegen Spin-Bahn-Kopplung) dann mit der spinabhängigen Mott-Streuung gemessen wird.

Ergebnis:

für Elektronen und
für Positronen und
15.6.Helizitaetsmessung.png

Zusammengefaßt: Beim ß-Zerfall werden die Teilchen

linkshändig, die Antiteilchen
rechtshändig emittiert.

Einzelnachweise

  1. Wu et al., Phys. Rev. 105, 1413 (1957)

Ergänzende Informationen

Goldhaber experiment aufbau.jpg

Prüfungsfragen

  • Besonderheit beim ß Zerfall?

Paritätsverletzung -> postuliert von Lee+Yang -> Exp. von Wu erklärt; experimentelle Probleme: notwendige Ausrichtung der K.Spins; Magnetfeld + tiefe Temperatur-> adiabatische Entrnagneti sierung im He-Kryostat

  • Übergangsraten aus Fermis Goldener Regel ("grobe" Herleitung)
    • Fermi- und GT-Übergänge
    • Womit muß man den Zerfall des freien Neutrons beschreiben? -> Fermi und GT