Die Zerfallskette Grundlagen der µSR Grundlagen der µSR

Das positive Myon als magnetische Sonde

Das Myon und sein Antiteilchen, das , gehören innerhalb des Standardmodells der Elementarteilchen zur Familie der Leptonen, und bilden zusammen mit den zugehörigen Neutrinos deren zweite Generation. Als geladenes Spin-1/2-Teilchen besitzt es ein magnetisches Moment . Wie sein leichterer Vetter der ersten Generation, das Elektron (bzw. Positron ) gilt es als punktförmiges Elementarteilchen ohne Substruktur. Im Gegensatz zu diesem ist es jedoch nicht stabil und zerfällt mit einer mittleren Lebensdauer von s über die schwache Wechselwirkung.

Die in dem berühmten Experiment von Wu et al. [Wu 57] erstmals nachgewiesene Paritätsverletzung beim schwachen Zerfall (-Zerfall von Co60) konnte wenig später durch Garwin, Lederman und Weinrich [Gar 57] auch in der Zerfallskette nachgewiesen werden. Sie beobachteten die Spinpolarisation des Myons beim Pionenzerfall und die Anisotropie der Zerfallspositronen beim anschließenden Myonenzerfall und erkannten schon damals, daß dies, zusammen mit dem großen magnetischen Moment des Myons, die Möglichkeit eröffnet, Myonen als Sonden zur Untersuchung magnetischer Festkörpereigenschaften einzusetzen.

Aufgrund ihrer elektrischen Ladung zeigen positive und negative Myonen jedoch ein vollkommen unterschiedliches Verhalten im Festkörper:

Negative Myonen

werden vom Kernpotential auf hohen Bohrschen Bahnen eingefangen und regen sich durch Strahlungsemission (Röntgenbereich) bis zum 1S-Grundzustand ab. Dabei verlieren sie einen Großteil ihrer Spinpolarisation. Im Gegensatz zum Elektron befindet sich das Myon wegen der größeren Masse () nun jedoch in Kernnähe, für große Kernladungszahlen sogar innerhalb des Kernvolumens. Dort wird es relativ schnell eingefangen und besitzt infolgedessen eine wesentlich geringere Lebensdauer als im freien Zustand. Negative Myonen spielen eine große Rolle für kernphysikalische, nicht jedoch für festkörperphysikalische Untersuchungen . Sie sollen deshalb nicht weiter behandelt werden.

Positive Myonen

zeigen im Festkörper ein ähnliches Verhalten wie H-Ionen (). Sie werden durch Ionisationsprozesse abgebremst und kommen aufgrund ihrer Ladung bevorzugt an Zwischengitterplätzen zur Ruhe.
Ihre Spinpolarisation bleibt dabei größtenteils erhalten . Die Wechselwirkung mit dem lokalen, magnetischen Feld und dessen Verteilung an interstitiellen Gitterplätzen macht das positive Myon zu einer herausragenden Sonde magnetischer Festkörpereigenschaften.

Im folgenden soll auf die Grundlagen der µSR-Meßmethode nur insoweit eingegangen werden, als es für das Verständnis der durchgeführten Experimente nötig ist. Ausführlichere Behandlungen finden sich in den Büchern [Cha 84], [Sch 85] und den Übersichtsartikeln [Bre 78], [Den 79], [Kar 82], [See 78], [Hay 79]. Eine besondere Fundgrube der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und Neuheiten stellen die Berichte der µSR-Konferenzen dar: [µSR 78], [µSR 80], [µSR 83], [µSR 86], [µSR 90], [µSR 93].Die folgende Tabelle gibt eine kurze Übersicht über die Teilcheneigenschaften des Myons.

  
Table: Einige Eigenschaften des Myons
( bzw. ist dabei die Masse des Elektrons bzw. Protons,
das Bohrsche Magneton und das magnetische Moment des Protons.)

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