Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Freitag, 1. Mai 2020

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 18: Experimentelle Tests III

In diesem Post möchte ich einen gerade veröffentlichten Test des Standardmodells beschreiben. Es geht um die Zerfallszeit des neutalen Pions.
Pionen sind Mischungen aus Quarks und Antiquarks:
Das neutrale Pion besteht aus einer Mischung eines u-/Anti-u Paares mit einem  d-/Anti-d-Quark. Es hat die Masse von 135 MeV (das sind etwa 270 Elektronenmassen).
Das neutrale Pion ist sein eigenes Anti-Teilchen.
Dann gibt es noch ein positives Pion, das aus einem u und einem Anti-d-Quark besteht und ein negatives Pion, sein Anti-Teilchen, das aus einem d und einem Anti-u-Quark besteht. Diese Pionen sind etwas schwerer, 139 MeV.

Neutrale Pionen zerfallen durch die elektromagnetische Kraft innerhalb von 8,5 *10^(-17) sec, die geladenen Pionen durch die schwache Kraft in 2,6*10^(-8) sec, das sind also neun Größenordnungen mehr.
Als Zerfallsprodukt entsteht ein Paar aus Gammaquanten.

Die Zerfallsrate der neutralen Pionen lässt sich mit dem Standardmodell auf 1..2 Prozent genau berechnen. Als Zerfallsprodukte enttsehen Müonen und Nerutrinos.

Einem Forscherteam des Jefferson Labs in Virginia ist nun eine ähnlich präzise Messung beim Experiment PrimEX-II gelungen.
Messungen und Theorie passen im Rahmen der Genauigkeiten gut zusammen.

Die neutralen Pionen werden dafür über den Primakoff-Effekt erzeugt:
Ein hochenergetisches Photon trifft auf ein virtuelles Photon in der nähe eines Atomkernes. Dabei kehrt sich der Zerfallsprozess des Pions in zwei Gammaquanten quasi um und ein neutrales Pion bildet sich.
Bei insgesdamt etwa 250 000 Ereignissen kontnen sie die Zerfallszeit der Pionen zu
 (8.34 +/- 0,13) * 10^(-17) sec
bestimmen.

Die Postreihe endet bald mit einem Blick auf die Physik jenseits des Standardmodells.

Bilder: Jefferson Lab
Experimenteller Aufbau, Larin et al.
Primakoff -Effekt
Blick auf PrimEx - I

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