Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Myonzerfall Von Johannes Hauptmann und Tobias Riehle

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Myonzerfall

Von Johannes Hauptmann und Tobias Riehle

26.04.23 Präsentationstitel 2

Gliederung

Ziel des Versuchs Theorie Aufbau Durchführung Auswertung Ergebnis Probleme

Ziel

Lebensdauer von Myonen Masse von Myonen Kopplungskonstante der schwachen

Wechselwirkung Umgehen mit komplizierten Schaltungen


Theorie

Myonen sind Leptonen Teilchenmodell


Bild vom Teilchenmodell

Theorie

Myonen entstehen aus kosmischer Strahlung Erreichen die Erde auf Grund relativistischer

Bewegung Zerfallen in Elektronen und Neutrinos Aus dem Zerfall lässt sich die Masse ermitteln


Bild für kosmische Strahlung

Bild für Myonzerfall

Theorie

Lebensdauer aus Fermis goldener Regel bestimmen

Aus Masse und Lebensdauer lässt sich Kopplungskonstante berechnen

Kopplungskonstante ist ein Maß für die Stärke der schwachen Wechselwirkung

Berechnung erfolgt mit der V-A Theorie Für kleine Impulse ist G konstant


Bild Schaltplan

Kompletter Aufbau Bild

Kompletter Aufbau Bild

Aufbau

Kabel Verzögerung kann vernachlässigt werden Anfällig für Berührungen


Bild Aufbau

Aufbau

Photomultiplier „Vervielfacht“ die ankommenden Elektronen

Szintillator Sendet Impulse aus wenn Zerfall im Tank

stattfindet


Bild Photomultiplier und Szintillator

Aufbau

Amplifier Gibt die Signale der PM als Puls aus

Addierer Addiert die einkommenden Pulse


Bild Amplifier

Bild Amplifier und Addierer

Aufbau

Delay Gibt dem Puls eine Verzögerung

Gate Lässt nur Signale durch die in einem

bestimmten Intervall kommen


Bild Gate und Delay

Aufbau

Shaping Amplifier Integriert über das einkommende Signal Ändert die Polung

MCA Gibt die Signale an den PC weiter


Bild Shap Amp + MCA

Aufbau

Diskriminator Gibt konstante Ausgangssignale wenn das

einkommende eine bestimme Schranke übersteigt

Koinzidenz Gibt ein summiertes Ausgangssignal wenn

beide ein Eingangssignal liefern


Bild Disc und coinc

Bild coinc

Aufbau

Gate Delay Verzögert das Signal und verlängert es

Time Unit Verlängert das Signal


Bild Gate Del und TU

Aufbau

Pulser Gibt einen kontinuierlichen Puls

Tac Gibt ein Ausgangssignal wenn ein Puls in

einer gewissen Zeit kommt


Bild Pulser und Tac

Bild Pulser und TAC

Durchführung

Messung Pedestal Messung Photoelektronik Messung Zeitspektrum Messung Betaspektrum


Schaltplan Pedestal.

Schaltplan Photoelektronik

Schaltplan Zeitmessung

Schaltplan Betaspektrum

Auswertung

Auswertung Pedestal -> Energieeichung Auswertung Photoelektronik -> Energieeichung Auswertung Zeitmessung -> Lebensdauer Auswertung Betaspektrum -> Masse


Bilder + Graphen zu Pedestal

Bilder + Graphen zu Phoroelektronik

Bilder + Graphen zu Zeitmessung

Bilder + Graphen zu Betapsektrum

Auswertung

Fit für β spektrum Faltung mit verschmiertem Gauß Lage zu theoretischem Graph


Gliederung

Theorie Geräte Aufbau


Theorie

Myonen in Materie (Energieverlust über Bethe-Bloch)


Theorie


Massenbestimmung (durch Impulserhaltung)


Theorie


Massenbestimmung (durch Impulserhaltung)

Detektion wegen relativistischer Kinematik


Dirac-Formalismus

Spinoren Psi Diracgleichung

J = Psi Gamma Psi


V-A-Theorie

4-Fermionen-Puntwechselwirkung Nutze aus der QED:

Umformulierung zu M = G I I Operator O verletzt Parität ->


Aktuelle schwache Wechselwirkung

Fermi verletzt Wahrscheinlichkeitserhaltung Benötigt zusätzlichen Propagatorterm V-A gültig für niedrige Energien


Theorie

Theoretische Ergebnisse m = 105,66 MeV τ = 2,2 μs


Theoretische Beta-Kurve


Gliederung



Photomultiplier

Verfielfacht einkommende Photonen Sendet Elektronen aus


Szintillator

Moleküle durch Myon angeregt Energie als Photon ausgesandt


Amplifier

Einfache Verstärkung des Signals


Koinzidenzeinheit (AND)

Eingangssignale werden addiert


Geräte

Attenuator (schwächt das Signal ab)


Geräte


Delay (verzögert das einkommende Signal)


Geräte


Delay (verzögert das einkommende Signal)

Linear Gate (das eintreffende Signal wird ausgegeben, wenn das Fenster geöffnet ist; wird als Filter von Signalen genutzt)


Shaping Amplifier

Integriert über das einkommende Signal Höhe entspricht Ladungsmenge


Discriminator


Sendet genormte Signale wenn ein Schwellenwert überschritten wird

Geräte

Gate Delay (kann Signale verzögern und verlängern)


Geräte


Timing Unit (verändert die Länge des Signals)


Geräte


Timing Unit (verändert die Länge des Signals)

Kabel


Time to Amplitude Converter

Zeitdifferenz wird in Puslhöhe umgerechnet Verläuft proportional


Gliederung



Messungen

Durchflug Photoelektronenstatistik Betaspektrum Zeitspektrum Pedestal Untergrund


Photoelektronentatistik


Durchflugspektrum


Betaspektrum / Zeitmessung



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