Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 3 KERNZERFÄLLE UND INSTABILITÄTEN, RADIOAKTIVITÄT
⇒ ∃ vierte Art der Wechselwirkung, die “Schwache Wechselwirkung“
Reichweite ≈ 1 10
Reichweite der starken W.W.,
Stärke: 10 −13 x Starke W.W., 10 −11 x Coulomb-W.W.
⇒ Es ist extrem unwahrscheinlich, dass ein Neutrino eine Reaktion durchführt
Detektoraufbau: Zwei Wassertanks á 200l Wasser an Kernreaktor. Darin gelöst: CdCl 2
→ hohe ν e -Flüsse ≈ 10 13 cm −2 s −1 Beachte: Natürliche ν e -Fluss von Sonne auf Erde ≈ 10 10 cm −2 s −1
Nachweismechanismus:
1. ν e wird von Proton des H 2 O eingefangen
p + ν e → n + e +
2. 113 Cd hat hohen Absorptionsquerschnitt für Neutronen:
113 Cd + n → 114 Cd ∗ T 114
1/2=20µs
−→ Cd + γ (9,1 MeV)
3. e + + e − machen Paarvernichtung: e + + e − T 1/2=10µs
−→
2γ (je 511 keV)
Die erwartete Gamma-Emission gilt heute als eindeutiger Nachweis.
Reines und Cowan: Nachweis-Effekt ≈ 10 −20 → ca. 1 Ereignis / Stunde
→ Abschätzung Wirkungsquerschnitt ≈ 10 −42 cm 2
Moderne ν e -Detektoren (s. später)
z.B. Super-Kamiokande (Japan) zählt ca. 3 natürliche Neutrinos pro Tag.
3.4.2 Modell: Kinetisches Energiespektrum e − (e + ) beim β-Zerfall
E.Fermi. Z. Phys. 88, 161 (1934)
Quantifizierung Neutrino-Hypothese druch Erklärung von I(E k in e− )
Fermi’s goldene Regel:
W(E) Übergangs-Wahrscheinlichkeit, Hier Wahrscheinlichkeit eines β-Zerfalls ∝ Zur Zustandsdichte
im Produktraum: Hier für e − (e + ) und ν e (ν e ) im Vakuum
β-Zerfall mit E-Differenz E 0 = E e + E ν (E e : Elektron, E ν : Antineutrino)
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