Antibaryonen (1955

Kapitel 19
Antibaryonen (19551959)
19.1 Die Baryon-Quantenzahl
Wir erinnern uns, dass die Existenz der Antimaterie durch die Entdeckung des Positrons e+ (Anderson, 1932) (Siehe Kap. 7.2) bewiesen wurde. Die Existenz der Antimaterie wurde von der DiracTheorie vorausgesagt.
1955: existieren Antiprotonen, Antineutronen, Antilambdas, Antisigmas, usw ? Diese Teilchen wurden nicht als Dirac-Teilchen betrachtet, z.B. wegen ihres magnetischen Moments (nicht punktförmig)
m Proton ª 5.59m B
und
m Neutron ª -3.82m B
Wie werden Antiprotonen erzeugt ?
Stückelberg (1938): Eine neue Quantenzahl, die Baryon-Quantenzahl B, wird in allen Wechselwirkungen erhalten (“alles, das nicht
verboten ist, wird geschehen”).
Teilchenphysik
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Antibaryonen (1955-1959)
Erklärt die Abwesenheit des Zerfalls:
+
pÆ
/ eg
Radiativer Zerfall des Protons
nicht-”strange” Baryonen: B=+1, S=0
nicht-”strange” Mesonen B=0, S=0
" strange" Baryonen
" strange" Mesonen
p,n
p,...
ÏÔL Æ pp =
+
=
B
1, S
1 Ì +
ÔÓS Æ pp 0 , np +
+
ÔÏK
B = 0, S = +1 Ì 0
ÔÓK
19.2 Entdeckung des Antiprotons
Wegen der Erhaltung der Baryonzahl, können nur Antiprotonen-Protonen-Paare erzeugt werden, wie z.B. in der Reaktion
pp Æ 1
pppp
{
23
B =2
B =2
Im Experiment werden Protonen auf ein Protontarget aufprallen. Im
Laborsystem ist die Energie-Schwelle des einfallenden Protons
gleich Epª6.5 GeV.
Chamberlain, Segrè, Wiegand, Ypsilantis (1955): Entdeckung des
Antiprotons am Bevatron-Beschleuniger
Protonen werden beschleunigt und auf Kupfer geschossen:
pCu Æ pX
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Teilchenphysik II&III, WS 01/02-SS02, Prof. A. Rubbia
Entdeckung des Antiprotons
Experimentell musste das Antiproton in einem grossen Untergrund
von Pionen nachgewiesen werden:
pCu Æ pp ¢sX
Erwartetes Verhältnis: 1 Antiproton in ª60’000 negativen Pionen
Das experimentelle Problem war deshalb das Antiproton zu identifizieren (“particle identification”). Das Antiproton wurde durch eine
gleichzeitige Messung des Impulses p und der Geschwindigkeit b
identifiziert. Die relativistische Beziehung
p = gmbc
liefert die Masse des Teilchens.
Im Experiment wurden alle erzeugten Teilchen mit negativer Ladung
q=–1 und Impuls gleich p=1,19 GeV/c ausgelesen. Die Geschwindigkeiten eines Antiprotons und eines Pions mit diesem Impuls sind
gleich
bp ª 0, 99
b p ª 0, 78
Die Geschwindigkeit wurde mit zwei unabhängigen Methoden
gemessen:
a) Cerenkov-Zähler: Licht wird erzeugt, wenn b>0,79. Das Lichtsignal wird in Antikoinzidenz verwendet (Pion-Veto).
b) Flugzeit Messung (“Time-of-flight”)
Mit diesem Experiment wurden ª60 Antiprotonen erfolgreich nachgewiesen.
Teilchenphysik
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Antibaryonen (1955-1959)
19.3 Entdeckung der anderen
Antibaryonen
Cork, Lambertson, Piccioni, Wenzel: Entdeckung des Antineutrons
am Bevatron-Beschleuniger
Sekundäre Wechselwirkung von erzeugten Antiprotonen. Antineutronen werden durch den Ladungsaustauch-Prozess (“ChargeExchange”) erzeugt
pp Æ nn
und durch die Antineutron-Vernichtung nachgewiesen (und LadungsVeto, um Antiprotonen zu unterdrücken).
Prowse, Baldo-Ceolin (1958): Entdeckung des Antilambdas
Paar-Erzeugung
LL Æ p p +
Ø
pp wird durch die Beobachtung von zwei gleichzeitigen V0’s nachgewiesen.
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