Myon/Elektron Detektierung < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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| Aufgabe | | Wie lassen sich Myonen und Elektronen im GeV Bereich identifizieren? |
Das ist eine Frage vom Professor zur Vorbereitung auf eine Diplomprüfung im Fach Experimentalphysik.
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
Ich bin mir nicht ganz sicher, worauf der Prüfer mit dieser Frage hinaus will. Es soll wohl auf den Vergleich zwischen Elektron und Myon ankommen. Mhh Myon sind mips, keine Schauerbildung, keine hadronische Wechselwirkung. Deswegen wohl die riesigen Myonenkammern an der Außenseite der Detektoren. die Elektronen lassen sich mit Halbleiter/Gasdetektoren und Szintillatoren identifizieren.
Wie funktioniert denn die Myonerkennung in der Myonkammern?
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Hallo!
Im Prinzip hast du die Antwort ja schon gegeben. Myonen gehen einfach überall ziemlich gut durch und wechselwirken nur schwach.
Man jagt also den Strahl z.B. durch einen dicken Eisenblock, darin bleiben die Elektronen stecken, während die Myonen durch gehen. Wenn du ein Kalorimeter statt dem einfachen Eisenblock nimmst (Also nen Eisenblock mit Detektor drin), siehst du die Aufschauerung der Elektronen. Die Myonen jedoch erzeugen nur eine einzelne, schwache und nicht aufschauernde Spur.
In einem großen Detektor hat man mehrere einzelne Detektoren hintereinander. Nach einem elektromagnetischen Kalorimeter, in dem z.B. Elektronen und Photonen stecken bleiben, kommt ein hadronsiches Kalorimeter für Pionen, Protonen etc.
Dahinter kommt fast nix mehr an, höchstens irgendwelche Reste von den Aufschauerungen. UND natürlich die Myonen, die immernoch unbeeindruckt nur ne einzelne Spur ziehen.
Die Myonenkammern bei den Teilchendetektoren sind gar nicht mal so exotisch, das sind im Gegenteil oft sogar recht einfache Gasgefüllte Ionisations-Detektoren, um die Spur weiter zu vermessen. Nur eben besonders groß, um die wegen der großen Myonenmasse doch recht geringe Krümmung der Spuren in dem Magnetfeld des Detetors zu vermessen.
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| Aufgabe | | Wann ist es sinnvoll die Elektronenergie kalorimetrisch zu messen, wann ist eine Impulsmessung besser? Warum? |
Erstmal Danke für deine Antwort !
Ich könnte mir vorstellen, dass bei zu hoher Energie die Größe des Kalorimeters nicht mehr ausreicht, um den entstehenden Schauer zum Stillstand zu bringen. Damit würde nicht die Gesamtenergie des Elektrons gemessen werden. Hier wäre dann eine Krümmungsmessung im B-Feld sinnvoller ( Krümmung sollte bei Elektronen ohnehin im Vergleich zum Myon sehr groß sein, wegen der geringen Masse [mm] m=0.5MeV/c^2
[/mm]
Macht das Sinn? Bzw. wie lautet die richtige Antwort?
Vielen Dank schonmal !
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Hallo!
Es ist genau andersrum.
Eine starke Krümmung der Bahn kann man recht einfach messen, der Fehler dabei ist relativ klein. Bei höheren Energien wird die Krümmung jedoch immer geringer, bis du nur noch eine Grade siehst, und dann kannst du den Impuls nicht mehr bestimmen.
Dazu gibts auch Versuche mit nem Fadenstrahlrohr, wobei ein Elektronenstrahl mit einigen wenigen keV in einem ein paar mT großen Feld in ner Helmholzt-Spule auf ne Kreisbahn gelenkt wird...
Um die Situation zu verbessern, kannst du die Größe des Spurdetektors erhöhen, und auch das Magnetfeld, das dieses durchdringt, größer wählen. Aber das ist der Knackpunkt: Starke Felder in einem großen Volumen zu erzeugen, ist schwer.
Im Kalorimeter erzeugen niederenergetische Elektronen kaum Schauer, das läßt sich kaum richtig messen. Dafür schauern hochenergetische Elektronen doch recht gut auf, denn die Elektronen können leicht völlig gestoppt werden. Selbst wenn, du brauchst kein Magnetfeld und kannst den Detektor beliebig groß bauen.
Um es in Formeln zu fassen:
Die Unsicherheit bei der Impulsmessung im Spurdetektor nimmt linear zum Impuls zu: [mm] $\frac{\Delta p}{p}\sim [/mm] p$
Die Unsicherheit eines Kalorimeters nimmt dagegen sogar mit zunehmender Energie ab: [mm] $\frac{\Delta E}{E}\sim \frac{1}{\sqrt{E}}$
[/mm]
Das liegt eben an der statistischen Natur des Kalorimeters. Je stärker die Schauer, desto mehr Teilchen entstehen im Schauer, und desto niedriger wird der rel. Fehler bei der Messung. Allerdings muß dazu gesagt werden, daß Kalorimeter schon eine extrem hohe systematische Grund-Unsicherheit haben, und auch die sich mit der Energie ändernde Unsicherheit ist nicht ohne.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 18:19 Sa 16.05.2009 | | Autor: | runner123 |
DANKE !!!
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