In der Übung 2 lernst Du nun eine der einfachsten Formen von Ereignissen kennen, die beim Zusammenprall eines Elektrons und eines Positrons geschehen kann.
Treffen ein Elektron und ein Positron aufeinander, so kann ein Teilchen erzeugt werden, daß man Z0 nennt. Bei diesem handelt es sich um ein Austauschteilchen der schwachen Kraft, über die Du später noch genaueres erfahren wirst.
Dieses Z0 zerfällt in andere Teilchen.
Dabei entstehen Teilchenpaare: Teilchen +Antiteilchen.

Daher nennt man diese Art von Ereignis Z0- Zerfall.

Es gibt drei mögliche Zerfallsarten, die wir hier unterscheiden werden:

Bei den Antiteilchen handelt es sich jeweils um Teilchen mit den gleichen Eigenschaften wie das zugehörige Teilchen. Sie haben also unter anderem die gleiche Masse, jedoch ist ihre elektrische Ladung entgegengesetzt. Dies ist notwendig, da für die Reaktion gelten muß, daß vor und nach der Reaktion die Ladung erhalten bleibt. Die Summe der elektrischen Ladungen von Elektron und Positron ist 0, die von Teilchen und Antiteilchen ebenfalls. Damit ist die Ladungserhaltung erfüllt.

Hier nun je ein Beispiel für jedes Ereignis, damit Du sehen kannst, wie die Spuren der Zerfälle im Detektor aussehen:

Elektron - Positron
Myon - Ant-Myon
Quark - Anti-Quark

 

Spur durch Elektron-Positron:

Hier kann man erkennen, daß die Teilchenspuren im ersten Bereich verlaufen und leicht gekrümmt sind. Außerdem gibt es zu jeder Spur einen Eintrag im Bereich des elektromagnetischen Kalorimeters.

Das sind, wie bei der Einzelspur des Elektrons, eindeutige Indizien für ein Elektron-Positron-Paar.

Zusätzlich kann man dies noch an den auseinander strebenden Spuren erkennen.

 

Spur durch Myon - Anti-Myon:

Zerfällt ein Z0 in ein Myon und ein Anti-Myon, so fliegen diese in entgegengesetzter Richtung auseinander und quer durch den ganzen Detektor, ohne weiter zu zerfallen.

Sie hinterlassen überall im Detektor eine Spur, bis hin zur Myonen-Kammer.
Dort sind sie durch gelbe Kreuze und einen roten Pfeil gekennzeichnet.

Diese Kennzeichnung gilt gleichermaßen für das Myon wie das Anti-Myon.

 

Spur durch Quark - Anti-Quark:

Wird durch den Zusammenstoß eines Elektrons und eines Positrons ein Quark und ein Anti-Quark erzeugt, so fliegen diese in entgegengesetzter Richtung auseinander.
Sie zerfallen jedoch recht schnell ein eine ganze Reihe anderer Teilchen. Diese Teilchen fliegen in die gleiche Richtung wie das Quark vorher weiter.
Auf dem Detektorbild erscheinen die aus dem Quark entstehenden Teilchen wie ein Teilchenschauer (in der Fachsprache auch "jet" genannt).

Die meisten Teilchen in dem Teilchenschauer sind Hadronen, als Teilchen, die sowohl in dem elektromagnetischen als auch in dem hadronischen Kalorimeter einen Eintrag hinterlassen.

Beobachtet man in dem Detektorbild also zwei entgegengesetzt verlaufende Teilchenschauer mit Einträgen sowohl im elektromagnetischen als auch im hadronischen Kalorimeter, so kann man auf einen Zerfall des Z0 in ein Quark und ein Anti-Quark schließen.

Nachdem Du nun gesehen hast, wie die Spuren der einzelnen Ereignisse aussehen, kannst Du in der nun folgenden Übung versuche, selber Spuren entsprechenden Ereignissen zuzuordnen:

1. Ereignis
2. Ereignis
3. Ereignis
4. Ereignis
5. Ereignis
6. Ereignis

Nachdem Du nun hoffentlich erfolgreich die zweite Übung abgeschlossen hast, geht es nun weiter in der TEILCHENTOUR.