In der Abbildung 1 ist der schematische Aufbau eines Großdetektors zu einem Experiment mit festem Target zu erkennen.
Abb.1. Schematischer Aufbau eines Großdetektors zu einem Experiment mit festem Target
Die einfallenden Teilchen werden in unterschiedlichen Detektorschichten absorbiert. Gestrichelte Wegabschnitte bedeuten dabei eine Registrierung in dem jeweiligen Detektor. Ordnen Sie die farbigen Teilchenstrahlen den folgenden möglichen Teilchenarten zu:
Welches der Teilchen hat welchen Bahn im Großdetektor hinterlassen?
Wollen
Sie einen ersten Tipp?
Zu überlegen ist, welche Detektoren welche Elementarteilchen erfassen. Die beiden Spurenkammern zeichnen den Weg elektrisch geladener Teilchen auf. Das elektromagnetische Kalorimeter detektiert und absorbiert Elekronen, Photonen und Positronen. Im hadronischen Kalorimeter werden massereiche Teilchen wie die Hadronen erfasst und absorbiert. In der Myonenkammer werden Myonen eingefangen.
Ordnen Sie nun die registrierten Teilchen den jeweligen Detektoren zu! Und versuchen Sie unter Berücksichtigung der Eigenschaften von Teilchen und Detektoren die Teilchenbahnen den Teilchen zuzuordnen!
Hier
eine weitere Lösungshilfe:
Das Myon wird in der Myonenkammer absorbiert und ist damit eindeutig der schwarzen Bahn zuzuordnen.
Das Positron und das Photon werden beide im elektromagnetischen Kalorimeter erfasst und absorbiert. Sie sind also dem blauen und roten Strahl zuzuordnen. Doch welcher Strahl gehört zu welchem Teilchen? Vergleichen Sie dazu die Bahnen in den Spurendetektoren, die nur elektrisch geladene Teilchen aufzeichnen, mit den Ladungen der beiden Teilchen.
Um die Bahn des Neutrons zu finden, ist es wichtig zu wissen, dass das Neutron ein Hadron ist. Überlegen Sie was das für die Registrierung im Detektorsystem bedeutet!
Sind Sie sicher, dass Sie es ausreichend selbst versucht haben?
Dies
ist die Lösung der Aufgabe:
Der schwarze Strahl ist die Teilchenbahn des Myons, welches in der Myonenkammer absorbiert wird.
Die rote Bahn ist die des Positrons, welches als geladenes Teilchen in den Spurenkammer erfasst und im elektromagnetischen Kalorimeter absorbiert wird.
Das Photon hinterlässt die blaue Bahn. Im Gegensatz zum Positron ist es elektrisch neutral und wird so nicht in der Spurenkammer aufgezeichnet, jedoch wie das Positron im elektromagnetischen Kalorimeter absorbiert.
Das Neutron ist ein Hadron und wird auf Grund seiner Masse erst im hadronischen Kalorimeter absorbiert. Da auch das Neutron elektrisch neutral ist, wird es in den vorhergehenden Detektoren ebenfalls nicht bemerkt.
In den meisten Fällen werden Teilchen jedoch nicht direkt, sondern über ihre Zerfallsprodukte gemessen. Das Neutrino hingegen hinterlässt überhaupt keine Spuren in einem Großdetektor. Seine Anwesenheit kann nur indirekt bestimmt werden: Wenn die Energie der Teilchen nach dem Zusammenstoß kleiner ist als die Energie vor dem Zusammenstoß, ist bestimmt ein Neutrino entwischt.