1Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik V
3. Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik
3.1 Wechselwirkung von Strahlung und Teilchen mit Materie3.2 Teilchendetektoren(3.3 Beschleuniger, verschoben auf Teil 2)
2Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik V
3.1 Wechselwirkung von Strahlung und Teilchen mit Materie
3Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik V3.1.1 Energieverlust geladener Teilchen
(v ≈ Bahngeschw. des Elektrons)
4Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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3
5Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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.
gestoppt
6Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik VVielfachstreuung(Rutherford)
statistisch gaußförmige Verteilung von θ in Ebenemit Standardabweichung von θ0
7Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik VBremsstrahlung – Energieverlust von Elektronen
Material X0 [g/cm²] EKrit [MeV]
H2 63.0 340.0
Al 24.0 47.0
Ar 18.9 35.0
Xe 8.5 14.5
Fe 13.8 24.0
Pb 6.3 6.9
Plexiglas 40.5 80.0
H2O 36.0 93.0
NaI(Tl) 9.5 12.5
.
8Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik Velektromagnetische Schauer
PrimärelektronEnergie E0
Bremsstrahlung
Paarbildung
i
Wenn ETeilchen > Ekrit Bremsstrahlug
Ausbildung elektromagnetischer Schauer ausalternierenden Folgen von Photonen und e-e+-Paaren
9Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik VCherenkov-Strahlung
Mediumlänge
.
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3.1.2. Wechselwirkung von Photonen mit Materie
11Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Photoeffekt
12Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Comptoneffekt: Kinematik
13Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Comptoneffekt: Wirkungsquerschnitt (Klein-Nishina Formel)
14Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Comptoneffekt: Winkelverteilung
15Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Comptoneffekt: Energieverteilung
16Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Paarerzeugung
17Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Abschwächung von elektromagnetischer Strahlung in Materie
18Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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19Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Versuch zur Wechselwirkung von Strahlung mit Materie:Energiemessung von Gammastrahlung mit Ge-Detektor
Ge DetectorCs Quellen
20Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Peak bei ca. Kanal 280
Pulshoehen von Ereignissen bei 30o wurden 50 min aufgenommen,danach wurde 50min der Untergrund (ohne Cs Quelle) abgezogen.
21Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Peak bei ca. Kanal 200
Pulshoehen von Ereignissen bei 60o wurden 50 min aufgenommen,danach wurde 50min der Untergrund (ohne Cs Quelle) abgezogen.
22Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Pulshoehen von Ereignissen bei 90o wurden 50 min aufgenommen,danach wurde 50min der Untergrund (ohne Cs Quelle) abgezogen.
Peak bei ca. Kanal 140
23Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Direkte Einstrahlung von 661keV Photonen (137Cs) in den Ge-Detektor
24Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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3.2 Teilchendetektoren
25Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik V3.2.1 SpurdetektorenNebelkammer / Cloud Chamber
Photo Credit: Carl D. Anderson, Vol.43, p491 (1933)
Andersons Entdeckung des Positrons:Positron kommt von unten, trifft aufBleiplatte, verliert Energie und tritt obenwieder aus der Bleiplatte (kleinererRadius wegen Energieverlust)NP 1927
Wilsonsche Nebelkammer:Übersättigung des Gases durch ExpansionKondensation an ioniserenden Teilchen
26Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Nebelkammer am DESY
27Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Blasenkammer / Bubble Chamber
Gargamelle (CERN) 1973:Entdeckung der neutralen, schwachen Ströme (EPS Prize 2009)
Blasenkammer(D.A. Glaser NP 1960,Alvarez NP 1968)
28Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
WS 2009/10 Physik VPhotoemulsionen
Standard detector 1950-1960(danach Blasenkammer)C.F. Powell NP 1950
Auch heute wieder aktuell:DONUT: Nachweis des tau-neutrinos (2000)
OPERA (Neutrino Oszillationen)150000 bricks aus Blei/Photoemulsion
29Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Streamerkammer / Funkenkammer
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3.2.2 Gasdetektorena) Ionisationskammer
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32Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Typische Zahlenwerte
33Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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3.2.2 Gasdetektorenb) Proportionalkammer
34Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Arbeitsbereiche von gasgefüllen Detektoren
35Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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3.2.2 Gasdetektoren
c) Vieldrahtproportionalkammer / Multiwire Proportional Chamber MWPC
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Feldlinien und Äquipotentiallinien in einer MWPC
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WS 2009/10 Physik V3.2.2 Gasdetektoren
d) Driftkammer / Vieldrahtdriftkammer
σ = 100-200µm
t1
t0
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39Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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40Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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3.2.2 Gasdetektoren
e) Time Projection Chamber TPC
41Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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3.2.3 Szintillationszähler
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43Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Nachweis von Photonen: Photomultiplier
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Beispiel: Ortec NaI Detektor
Super-Kamiokande DetektorSuper-Kamiokande Detektor
Borexino während der Füllphase (oben Szintillator, unten Reinstwasser)Borexino während der Füllphase (oben Szintillator, unten Reinstwasser)
Plastik Szintillator fuer MINERVA experiment (Fermilab)
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APD
Avalanche Photodiode
Microchannel plates MCP
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3.2.4 Halbleiterzähler
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53Caren Hagner / PHYSIK 5 / Wintersemester 2009/2010 Kapitel 3: Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik /
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Silizium Oberflächendetektoren
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Vergleich der Auflösungen verschiedener Detektoren
PDG
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3. Experimentelle Verfahren der Kern- und Teilchenphysik
3.1 Wechselwirkung von Strahlung und Teilchen mit Materie3.2 Teilchendetektoren3.3 Beschleuniger
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Neue Methode um Elektronen zu vervielfachen: GEM = Gas Electron Multiplier
