Das Goldhaber-Experiment uwer/lectures/Seminar/KeyExp/...  Gliederung des Vortrages 1. Stand der

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  • Das Goldhaber-Experiment

    Seminarvortrag

    Schlsselexperimente der Teilchenphysik

    04.05.2007 Sarah Heim

  • Das Goldhaber Experiment

    Durchgefhrt:

    1957

    von M. Goldhaber, L. Grodzins und A.W. Sunyar

    Mit dem Ziel:

    Bestimmung der Helizitt von Neutrinos

  • Gliederung des Vortrages

    1. Stand der Forschung 1957

    2. Idee (schematisch)

    3. Aufbau

    4. Durchfhrung

    5. Auswertung

    6. Ergebnis

    7. heutige Sicht

  • 1.1 Das Neutrino

    Eigenschaften:

    sehr leicht bis masselos

    neutral

    nur schwach wechselwirkend

    sehr kleiner WQ

    Entdeckung:

    1930 von Pauli postuliert

    1956 von Reines und Cowan nachgewiesen

    e p n e Inverser Beta-Zerfall

  • 1.2 Helizitt

    Quantenzahl

    Beziehung Spin-Impuls eines Teilchens

    Hs p

    s p

    fr masselose Teilchen eindeutig definiert

    H0 rechtshndig

    maximale Hndigkeit: H=1 bzw. H=-1

    p ps s

  • 1.3 Paritt

    Parittsoperation: rumliche Spiegelung

    polare Vektoren:

    axiale Vektoren:

    x x

    p p

    L L

  • 1.4 Parittserhaltung

    Theorie um 1950: Paritt in allen WW erhalten

    1956: Lee und Yang

    keine Evidenz fr Paritts-

    erhaltung in schwacher WW

    Idee fr Nachweis der

    Parittsverletzung

    Wu-Experiment

  • 1.5 Das Wu-Experiment (1)

    Test der Verletzung der P-Invarianz bei schwacher WW

    Co27

    60Ni

    28

    60e

    e

    Tatschlich: unterschiedliche Zhlraten

    keine P-Invarianz bei schwacher WW

  • 1.5 Das Wu-Experiment (2)

    J = 5 4

    Co27

    60Ni

    28

    60e

    e

    Neutrinos sind linkshndig!

  • 2.1 Wu Goldhaber

    Wu:

    Quantitativ nicht exakt genug

    Helizitt der Neutrinos : H ~ -0.7 groer Fehler

    Theorie : H = -1

    Goldhaber:

    Bestimmung der Helizitt der Neutrinos

  • 2.2 Goldhaber-Experiment: Schema (1)

    ZIEL: Bestimmung der Helizitt von Neutrinos

    1. Produktion von Neutrinos

    - Elektroneneinfang von 152mEu

    Eu152 m

    e Sm152

    eSm

    152

    e

    1 1 1

  • 2.3 Spin-Gymnastik

    Eu152 m

    e Sm152

    eSm

    152

    e

    1 1 1

    0 1 - 0 1 -

    0 - - 1 0 - 1

  • 2.4 Helizitten

    Eu152 m

    e Sm152

    eSm

    152

    e

    1 1 10 1 - 1 -

    0 - 1 -1

    und v antiparallel:

    v

    v

    v

    v

    H() = H(v) !!!

  • 2.5 Aufgabenstellung

    fr antiparallele v und gilt:

    Zirkularpolarisation = v-Helizitt

    1. diese herausfiltern

    2. Zirkularpolarisation herausfinden (= v-Helizitt)

  • 2.6 Herausfiltern

    1. Herausfiltern von mit H()=H(v)

    antiparallel zu v

    Resonanzstreuung

  • 2.7 Zerfallsschema 152Eu

    Eu152 m

    e Sm152

    eSm

    152

    e

    1 1 1

  • 2.8. Resonanzstreuung (1)

    Sm2O3

    Sm* Sm

    E =961 ER,

    p=-pR

    p=E /c

    ER,=p2/(2m)=3.12 eV

    p

    pR

  • 2.8. Resonanzstreuung (2)

    Eu Sm*

    Ev =950 ER,v

    pv=-pR

    p=E v /c

    ER,v=p2/(2m)=3 eV

    pv

    pR

    Eu152 m

    e Sm152

    eSm

    152

    e

    1 1 1

  • 2.8. Resonanzstreuung (3)

    Eu Sm*

    Ev =950 ER,v

    Ev ~ E

    ER, ~ ER,v

    pR, ~ pR,v

    pv

    pR

    Sm* Sm

    pR

    p

    Sm2O3

    E =961 ER,

  • 2.9. Compton Streuung (1)

    1. Resonanzstreuung filtert mit

    H(v)=Zirkularpolarisation ()

    2. Zirkularpolarisation()?

    d/d fr Comptonstreuung an magnetisiertem Fe

    abhngig von Polarisation:

    d/d () > d/d ()

  • 2.10. Compton Streuung (2)

    d/d () > d/d ()

    Compton-WQ

    d/d= A + B

    A: Polarisations-unabhngig

    B: Polarisations-abhngig

    Feynmandiagramm

    Comptonstreuunge-

    e-e-

  • 2.11. Comptonstreuung (3)

    d/d () > d/d ()

    Bestimmung Polarisation der

    H() = H(v)

  • 3. Aufbau

  • 4. Durchfhrung (1)

    152mEu muss stndig erzeugt werden

    Bestimmung von Untergrund mit anderem Streukrper

    Test Magnetschild mit 207Bi

  • 4. Durchfhrung (2)

    Umpolung Magnetfeld iiialle 3 min

    Messung der viZhlrate als iiiFunktion der iiiPolarisationsrichtung

  • 5. Auswertung

    Vorlufiges Ergebnis:

    N N

    1 2 N N0,017 0,003

    +

    +

    N+ = Counting rate with ffffffffmagnetic field up

    N- = Counting rate with ffffffffmagnetic field down

    _

  • 5. Interpretation

    1. Vorlufiges Ergebnis:

    =0.017 0.003

    2. Theoretische Erwartung (100% Polarisation):

    = 0.025 ( 0.003)

    H>0 : -

    H

  • 5. Korrektur

    Unsicherheiten:

    Breite der -Linie

    Exakte Richtung der -Strahlung

    Thermische Bewegung (Eu, Sm2O3)

    Polarisation im Idealfall 75% statt 100%

    Neutrino-Helizitt H=-1 stimmt mit den

    Messwerten berein

  • 6. Ergebnis

    Thus our result seems compatible with

    spin 0- for Eu152m and 100 % negative

    helicity of the neutrinos emmited in

    orbital electron capture

    (M.Goldhaber)

  • 7. Heutige Sicht

    Neutrinos oszillieren

    Sie haben eine endliche Masse

    Es msste rechts- und linkshndige Neutrinos geben

    Aber:

    Man fand bisher nur linkshndige Neutrinos

    Mgliche Erklrung:

    W-Bosonen koppeln nur an linkshndige Neutrinos

    & Schwache WW als einziger Neutrinonachweis

  • Zusammenfassung

    Goldhaber-Experiment

    Ziel:

    Helizitt Neutrinos

    Ergebnis:

    H(v)=-1

  • Vielen Dank!

    Quellenverzeichnis (21.04.07) :

    http//:www-ik.fzk.de/~drexlin/Vorlesung2.pdf

    www.physik.rwth-aachen.de/~stahl/Seminar/Kaufmann.ppt

    Helicity of Neutrinos, Goldhaber, Grodzins, Sunyar -Phys.Rev. 1957