Eigenschaften von Spiegelteilchen
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Eigenschaften von Spiegelteilchen
Für jedes Teilchen existiert ein Spiegelteilchen welches exakt exakt die gleichen Eigenschaften in der Spiegelwelt hat wie ein gewöhnliches Teilchen, außer seiner HändigkeitHändigkeit
Spiegelteilen soll nur gravitativ gravitativ mit gewöhnlichen Teilchen wechselwirken bzw. eine entsprechend schwache Kopplungs- form ( z.B. Austausch von mirror bosonen mirror bosonen ) mit Materie besitzen.
Das Wu et al. Experiment in unserer und der Spiegelwelt
e- (e-)‘
Paritätsverletzung kann in einer globalen Symmetrie von Teilchen und Spiegelteilchen wieder aufgehoben werden.
(entspricht E=0 bzw. B = 0)
( E/m = 2)
E= (nB0)/2
n‘(t) / n(0)
DurchführungDurchführungSpektrometer: RESEDA am FRM II
• Abschrimung des Erdmagnetfeldes durch doppelwandiges -Metallrohr (Spektrometerarme je 2.6 m)
• Spule innerhalb des -Metallrohrs, die Anschalten eines externen Magnetfeldes ermöglicht
Skizze des experimentellen Aufbaus von Serebrov et al.,
Elektronspektrum resultierend aus Phasenraumargumenten
mit Coulomb-Korrekturen
Schwache WW als Austauschwechselwirkung am Beispiel des Muonzerfalls
• Austauschteilchen (-boson)
kann wegen Reichweite der
Wechselwirkung und Nieder-
energieverhalten nicht
masselos sein
( intermediäre Vektor-
Bosonen W, Z)
• Fermi-Theorie ist die Nieder-
energie - Näherung
42
20
4222
21
cM
gg
cMcQgM
W
Q
Wfi
Super-erlaubte 0+0+ Übergänge
Experiment: Robson 1951
Koinzidenzsignale-
p
n
Lebensdauerexperiment von Mampe et al.
Lebensdauerexperiment von Serebrov et al.
New approach… magnetic storage
F B
( PNPI, ILL, TUM )
bottle made of super-conducting magnets
measure storage and decay
expected ( FRM II ):108 UCN @ V= 700 L
goal: rel.statistical uncertainty
4/ 10n n
Neutron Lifetime versus Year
Serebrov et al.,
Phys. Lett. B 605, 72 (2005)
(878.5 ± 0.7 ± 0.3) seconds
Data points used by PDG 2004 for
averaging
BWF 2005
Zeitliche Entwicklung des UniversumsRobertson-Walker Metrik &Einsteinsche Feldgleichungen
→ Friedmann-Lemaître Gleichungen → Skalenparameter R(Ausdehnung des Universums)
ZusammenhangR(t) - T(t) – t
R(t)/R0 = (t/tr)½
Für t<tr ≈ 2e6 a
T(t)/T0 = R0/R(t)
T0, R0 heutige Werte
Aber: Spezielle Modelleabhänging von heutigenWerten H0, ΩM, ΩΛ
H0=72±3 km/(sMpc)ΩM =0,26±0,02ΩΛ =0,74±0,03(PDG2010)
Aus A. Unsöld, B. Baschek, Der Neue Kosmos
Empfindlichkeit auf Neutron-Lebensdauer
e
e
e e e en
e e
ee
e
e
1
+ ...
a
A
p p
E E
p p p p p
E E E
mdW E
E
B D
b
RE E
Obserables in neutron ß-decay
dn
21u
2 2e 1 3FE G V Neutron lifetime
ß-asymmetry
Jackson et al., PR 106, 517 (1957):
2
2
Re2
1 3A
,e--correlation
2
2
1
1 3a
Standard Model (SM)
2
2
31
)Re(2
B
Fierz-interference term (SM:=0)
D,R,…triple correlationcoefficients (SM:=0)
Illustrationen einiger Korrelationen
Beta-Neutrino Winkelkorrelationskoeffizient für unterschiedliche Zerfälle
F=0 -> reiner GT-ZerfallF=1 -> reiner F-Zerfall
=> V und A Wechselwirkung; Wu-Experiment (Beta-Asymmetrie) => V-A Wechselwirkung
Symmetrieeigenschaften der Observablen und ihrer Kombinationen
(Aus Perkins, Intorduction to High Energy Physics)
Status der Bestimmung von Lambda im Zerfall des freien Neutron
-> a muss besser gemessen werden!
Perkeo II ( Abele et al.)
(Wu-experiment)
( ) 1 cosßvW Ac
Perkeo (2002): 1.274(2)
Perkeo (2006): 1.275(1)
Det 1
Det 2
e-
Schematischer Aufbau am ILL
Überblick aSPECT
Neutron
Beam
+1kV
(0V to +850V)
-15kVProton Detector
ElectrostaticMirror
Decay
Volume
AnalyzingPlaneBA ≈ 0.4T
B0≈ 2.2T
U
Im B-Feld:
Lorentz Kraft F = q × ( v x B)→ Führt zu einer Kreisbewegung
Der von der Teilchenbahn eingeschlossene magnetische Fluß ist eineKonstante der Bewegung(sofern sich das Teilchen adiabatisch bewegt)
Auch im inhomogenen B-Feld
Adiabatische Bewegung im B-Feld:•Die Änderung des Feldes ist „klein“ während einer Zyklotronumdrehung•Das Bahnzentrum verbleibt auf der Feldlinie
Siehe auch J.D. Jackson, Klassische Elektrodynamik
Der MAC-E Filter
Quelle: J.D. Jackson, Klassische Elektrodynamik
Gyration of ions and electrons
Helicoidal ion orbit in a uniform magnetic field
If one includes a constant speed parallel to the field, the particle motion is three-dimensional and looks like a helix.
Brg
v velocity component parallel to magnetic field lines
q Magnetisches Moment einer Stromschleife
B
mvrqAI g
g
22
22
AAdiabatische Approximation: = konstant
Stern-Gerlach Kraft transformiert Zyklotronbewegung in Longitudinalbewegung.F ist so gerichtet, dass Protonen parallel zu den Magnetfeldlinien ins Feldminimum beschleunigt werden. Aufgrund der Energieerhaltung im statischen Magnetfeld kann der Energiegewinn in longitudinaler Richtung nur auf Kosten der Transversalenergie erfolgen.
BF
aus
Mit einem zusätzlichen Potenzial lässt sichdie Longitudinalenergie (TII) spektroskopieren.
Der MAC-E Filter
Adiabatische Invarianz:
Zyklotronbewegung: = BA = Brcycl2 = const.
Ansteigendes B-Feld rcycl wird kleinerAbfallendes B-Feld rcycl wird größer
Mit rcycl = mv / (qB) = p / (qB) folgt = Brcycl
2 = p 2 / (q 2 B) = konst.
p2 / B = konst. bedeutetEkin / B = konst.
Bewegung von hohem in niederes B-Feld erniedrigt die Transversalenergie+ Energieerhaltung
Energie wird von der Transversal in
die Longitudinalkomponente konvertiert
Der MAC-E Filter
Beispiele für MAC-E Filter
WITCH
KATRIN
aSPECT
Serbrov 1998: Neutrino-Asymmetrie
B = 0.9801(46)
MWR > 283.3 GeV/c2 (90%)
Perkeo II: Neutrino-Asymmetrie
B = 0.9802(50)
mWR > 290,7 GeV/c2 (90%)
Statistical limits due to low decay rate: 500-1000 decay protons /s
Hartmut Abele, Technische Universität München35
v- selector
Spin flipper
PolarizerDecay Volume, 8m
Chopper
Beam stop
e,p selector Analyzing area
PERC: A clean, bright and versatile source of neutron decay products
n-guide + solenoid: field B0polarized, monochromatic n-pulse
n + γ-beam stopsolenoid, field B1
solenoid, field B2p+ + e− window-framep+ + e− beam
D. Dubbers, H. Abele, S. Baeßler, B. Maerkisch, M. Schumann, T. Soldner, O. Zimmer, arXiv:0709.4440.
Neutron flux (ILL, FRMII): 1010 /(cm2s), area: 60 cm2
PERC: collect all neutron decay products (e-,p) by using a homogeneous magnetic field (2 Tesla) along a neutron guide of about s =5 m. Expected number: 1 MHz /m ---------------->
n
nep
vs
/
)6010( 10,