Muon levensduur meting

Presentatie over: "Muon levensduur meting"— Transcript van de presentatie:

1 Muon levensduur meting
Relativiteitstheorie en Zwakke wisselwerking

2 Paradox: muon kan de aarde niet bereiken.
levensduur: 2,2 µs * afstand: 2,2·10-6 · 3,0·108 = 660m  10 km  ? * t½=1,56 µs

3 Overzicht van de presentatie
Kosmische straling Historie van Levensduurmeting; o.a. filmfragment Experimenten Twee muonbalken Levensduurmeting PWS levensduurmeting en relativiteit. HiSPARC, JSL-Leiden, NLT –module, NiNa-module

4 Meten van muonen

5 Kosmischestraling Ontdekkingen
proton of ijzerkern als primair deeltje energie tot 1020 eV o.a. muonen als secundaire deeltjes eerste km’s kettingreactie muonverval µ- → νµ + ῡ e + e- maximale creatie op ≈10km hoogte E0=105Mev q = -1e Etot=103MeV ( v=0,995·c ) Kosmischestraling

6 Historie: muon experiment 1941
Muonen gemeten op 2km hoogte en vervolgens op zeeniveau. Vanwege beperkte levensduur verwacht je een grote reductie: een factor Klassiek: v=0,98c Afstand =2,0·103 m t= 2,0·103 / (0,98·108 m/s) t =2,0·10-5s = 13,1· t½ overlevers: I/I0 = 2-13,1 = 1,14·10-4 114 2km

7 Historie: muon experiment 1941
Muonen gemeten op 2km hoogte en vervolgens op zeeniveau. Vanwege beperkte levensduur verwacht je een grote reductie: een factor Op zeeniveau blijven er echter veel meer over. Relativistisch v=0,98·c γ=5,0 t½ = 5,0·1,56=7,8μs t =2,0·10-5s = 2,6· t½ overlevers: I/I0 = 2-2,6 = 0,165 165000 2km 7

8 Lorentztransformatie
Rekenvoorbeelden: leerlingen kunnen dat goed β γ E0 Etot Ekin v/c √(1/(1-β2) ) (MeV) 0,1 1,01 105 106 1 0,5 1,15 121 16 0,9 2,29 241 136 0,98 5,03 528 423 0,99 7,09 751 645 0,995 10,01 1051 946 0,999 22,37 2348 2243 0,9999 70,71 7425 7320

9 Δt is verblijftijd in de scintillator
Levensduurmeting één muon, 2 signalen: muon detectie muon verval Δt is verblijftijd in de scintillator meer dan 103 metingen Hoe bepaal je de levensduur? Opeenvolgende pulsen. 1 µs/div

10

11 Hoe gaat het detecteren in zijn werk

12 Hoe gaat het detecteren in zijn werk
12

13 Hoe gaat het detecteren in zijn werk
13

14 Hoe gaat het detecteren in zijn werk
14

15 Hoe gaat het detecteren in zijn werk
15

16 Realistische meting Bin = tijd interval van het histogram (vergelijk planck kromme)

17 Onderzoeken met 2 muonbalken voor bijvoorbeeld 1 dag of dagdeel ● Snelheidsmeting ● Looptijd van licht ● Richtingbepaling ● Toevallige coïncidenties ● ……………………………

18 1e voorbeeld. Nulmeting. Maximaal aantal muonen detecteren.

19 2e voorbeeld: spreiding. Afstand tussen balken vergroten.

20 PMT 1 PMT 2 Lengte scintillator: 1,3m (balk: 1,6m) Afstand tussen balk 1 en 2: 2m Scintillator 1 Scintillator 2 3e voorbeeld: negatieve looptijden Verklaring? Experimenteer met extreme situaties Scintillator 1 Scintillator 2 PMT 2 PMT 1

21 4e voorbeeld. Hoekverdeling
●Plaats de detectoren op verschillende afstanden, bijvoorbeeld zoals aangegeven in de tabel hieronder en kies de meettijd zo lang dat je 150 tot 200 detecties hebt. afstand(m) 0,05 0,10 0,25 0,50 0,90 1,40 2,00 meettijd (s) ●Leidt uit deze meetseries af wat de hoekverdeling is van binnenkomende muonen. ●Misschien heb je een betere opzet voor deze onderzoeksvraag. Noteer je suggesties voor verbeteringen.

22 PWS onderzoek I. muon levensduur één muon, 2 signalen:
Levensduur bepalen uit een histogram. II. Tijdsdilatatie bepalen door geraffineerd experiment. Relativistisch v=0,98·c γ=5,0 t½ = 5,0·1,56=7,8μs t =2,0·10-5s = 2,6· t½ Overlevers: I/I0 = 2-2,6 = 0,165 165000 2km

23 Afsluiting JSL in Leiden Aartjan van Pelt avpelt@nikhef.nl
Henk Buisman Nikhef Amsterdam Aartjan van Pelt Marcel Vreeswijk