Wolfgang Pauli Neutrinohypothese Seminarvortrag von Annika Behrens Inhalt

Wolfgang Pauli: Neutrinohypothese Seminarvortrag von Annika Behrens

Inhalt • • • Geschichte Zwei Rätsel Neutrinohypothese Erste Aussagen über das Neutrino Experimenteller Nachweis

Geschichte

Geschichte • 1896: Entdeckung der Radioaktivität durch Antoine-Henri Becquerel

Geschichte • 1896: • 1902: Entdeckung der Radioaktivität durch Antoine-Henri Becquerel Einteilung in -, - und Strahlung durch Ernest Rutherford

„. . . -Strahlen, gebildet aus positiv geladenen rasch fliegenden materiellen Partikeln der Größe des Heliumatoms, die wenig ablenkbar sind im magnetischen bzw. elektrischen Felde und zwar im Sinne der „Kanalstrahlen“. -Strahlen, gebildet aus elektrisch negativen Korpuskeln (Elektronen), die relativ stark ablenkbar sind, je härter (je weniger absorbierbar), desto weniger, die in voller Analogie stehen zu den „Kathodenstrahlen“. -Strahlen, die sich als unablenkbar erweisen und keine Ladungen tragen. . . “

Geschichte • 1896: • 1902: • 1904: Entdeckung der Radioaktivität durch Antoine-Henri Becquerel Einteilung in -, - und Strahlung durch Ernest Rutherford Entdeckung, dass -Strahlung monoenergetisch ist

β-Spektrum

Erklärungsversuche • Energiedifferenz unterschiedlich

Erklärungsversuche • Energiedifferenz unterschiedlich • Masse des Elektrons nicht konstant

Erklärungsversuche • Energiedifferenz unterschiedlich • Masse des Elektrons nicht konstant • Unschärferelation

Erklärungsversuche • • Energiedifferenz unterschiedlich Masse des Elektrons nicht konstant Unschärferelation Diskretes Spektrum durch Sekundärprozesse „verwischt“

Erklärungsversuche • • Energiedifferenz unterschiedlich Masse des Elektrons nicht konstant Unschärferelation Diskretes Spektrum durch Sekundärprozesse „verwischt“ • Energieerhaltung nicht mehr gültig

„. . . glaube ich, dass die Analogie zwischen den Gesetzen der Energieerhaltung und der Erhaltung der elektrischen Ladung eine tiefe Bedeutung besitzen und eine zuverlässige Richtschnur sein können. Verwirft man die Energieerhaltung, so kann man den Ladungserhaltungssatz kaum aufrecht erhalten, und dieser letztgenannte hat bislang niemals zu irgendwelchen Schwierigkeiten geführt. Deshalb habe ich von Anfang an abgelehnt, an eine Verletzung der Energieerhaltung zu glauben. . . “

Ein weiteres Rätsel • Mutter- und Tochterkern haben beide ganzzahligen oder beide halbzahligen Spin • Elektron und Positron sind aber Fermionen

„. . . habe ich mir über die „verkehrte“ Statistik der Kerne sowie über das kontinuierliche -Spektrum nocheinmal gründlich den Kopf zerbrochen. Dann fiel mir folgender Ausweg ein (ein Ausweg der Verzweiflung allerdings): Es könnten die Kerne außer Elektronen und Protonen noch andere Elementarteilchen enthalten und zwar müssten diese elektrisch neutral sein, der Fermi-Statistik gehorchen und den Spin ½ haben. Nennen wir diese Teilchen Neutronen. . . “

Eigenschaften des „Neutrons“ • Spin ½ • elektrisch neutral • Masse nicht größer als 0, 01 Protonmasse (eventuell aber größer als Elektronmasse)

Neutrinohypothese

Neutrinohypothese • 1930: Erstmalige Erwähnung der Neutronhypothese durch Pauli

Neutrinohypothese • 1930: • 1932: Erstmalige Erwähnung der Neutronhypothese durch Pauli Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick

Neutronhypothese • 1930: • 1932: • 1933: Erstmalige Erwähnung der Neutronhypothese durch Pauli Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick Beim Solvay-Kongress lässt Pauli seine Hypothese drucken

Überlegungen Fermis • Umbenennung in „Neutrino“ • Elektron und Neutrino werden erst beim -Zerfall erzeugt • Berechnung der Übergangswahrscheinlichkeit β

Übergangswahrscheinlichkeit

Fermi-Kurie-Plot

Coulomb-Korrektur • Coulombkraft bremst Elektronen, beschleunigt Positronen nach Verlassen des Kerns • Korrektur durch Fermifunktion

β-Spektrum

Fermi-Kurie-Plot

Experimenteller Nachweis • - -Zerfall:

Experimenteller Nachweis • - -Zerfall: • Nachweis durch Absorption des freien Neutrinos:

Experimenteller Nachweis • Problem: Wirkungsquerschnitt extrem klein • Erst möglich, als Uranreaktoren als Neutrinoquellen zur Verfügung stehen: Emission von 1020 Neutrinos pro Sekunde

Experimenteller Nachweis

„We are happy to inform you that we have definitely detected neutrinos from fission fragments by observing inverse decay of protons. Observed cross section agrees well with expected 6. 10 – 44 cm 2”