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Pionenzerfall im Flug: Zerfallskanalmyonen

Hochenergetische Pionen (PSI-Werte: tex2html_wrap_inline5521 MeV bzw. tex2html_wrap_inline5523 MeV/c) durchlaufen einen sogenannten "`Zerfallskanal"'. Aufgrund der wesentlich geringeren, mittleren Lebensdauer der Pionen besteht der Strahl nach einer gewissen Flugstrecke (ca. 10 m) hauptsächlich aus Myonen. Da der Zerfall der Pionen im Flug erfolgt, besitzen diese Myonen einen größeren Impuls, sind jedoch nicht mehr zu 100% spinpolarisiert. Durch den Übergang vom Ruhesystem des Pions ins Laborsystem müssen zwei Fälle unterschieden werden:

  1. Vorwärtsemittierte Myonen
    Das Myon wird in Flugrichtung des Pions emittiert. Die Impulse von Pion tex2html_wrap_inline5529 und Myon tex2html_wrap_inline5531 (tex2html_wrap_inline5531 im Ruhesystem des Pions) addieren sich (relativistisch).Der Myonenimpuls im Laborsystem tex2html_wrap_inline5535 ist grösser als der des emittierenden Pions (PSI: tex2html_wrap_inline5537 MeV/c tex2html_wrap_inline5539) und besitzt die gleiche Richtung wie im Ruhesystem (tex2html_wrap_inline5541). Infolgedessen bleibt die Orientierung der Spinpolarisation erhalten: Vorwärtsemittierte Myonen sind rückwärtspolarisiert.

Figure: Vorwärts- (oben) und Rückwärtsemittierte Myonen (unten).
(tex2html_wrap_inline5525 ist der Impuls des Myons im Ruhesystem des Pions.tex2html_wrap_inline5527 beziehen sich auf das Laborsystem.)

  1. Rückwärtsemittierte Myonen
    Das Myon wird entgegengesetzt zur Flugrichtung des Pions emittiert.
    Der Myonenimpuls im Laborsystem tex2html_wrap_inline5535 ist geringer als der des emittierenden Pions (PSI: tex2html_wrap_inline5545 MeV/c tex2html_wrap_inline5547) und entgegengesetzt gerichtet zu dem des Ruhesystems (tex2html_wrap_inline5549). Die Spinpolarisation im Laborsystem ist antiparallel zu der des Ruhesystems: Rückwärtsemittierte Myonen sind vorwärtspolarisiert.

Mit Hilfe zweier Ablenkmagneten am Beginn und Ende des Zerfallskanals lassen sich Pionen- und Myonenimpuls und damit die Spinpolarisation festlegen. Meist verwendet man einen rückwärtsemittierten, vorwärtspolarisierten Myonenstrahl, da hier aufgrund der größeren Impulsdifferenz die Kontamination mit Pionen geringer ist.

Um die Intensität des Myonenstrahls zu erhöhen, verwendet man zudem supraleitende Solenoide. Damit zwingt man die, in einen Vorwärtskegel emittierten Myonen auf Schraubenbahnen und erhält unabhängig vom Zerfallsort eine Bündelung. Ein weiterer Vorteil des supraleitenden Solenoids besteht in der Entkopplung der Strahlführung bzw. -optimierung vor und nach dem Zerfallskanal gif.

Zusammenfassend ergibt sich also folgendes Bild:


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ernst schreier
Fri Mar 14 11:46:58 MET 1997