F5    Erzeugung und Vernichtung von Teilchen


Das Bild zeigt die Entstehung eines Elektron-Positron-Paares aus einem Photon hoher Energie,  einem sogenannten γ-Quant. Das Photon hinterlässt keine Spur in der Blasenkammer, da es ungeladen ist. Elektron und Positron werden durch ein Magnetfeld, welches senkrecht steht auf der Bildebene, wegen ihrer unterschiedlichen elektrischen Ladung von der Lorentz-Kraft in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt. Das Photon muss von links ins Bild gekommen sein, und wir sehen hier gleichzeitig alle drei Erhaltungssätze in Aktion:

 

Der Impuls (und damit auch die Gesamtenergie, die kinetische Energie und die Geschwindigkeit) des Elektrons und des Positrons lassen sich aus den Bahnradien zu Beginn der spiralförmigen Bewegung ermitteln, da ja die Stärke des angelegten Magnetfeldes bekannt ist. Es gilt

mv·v2/r = e·v·B ,   also  p = e·r·B ,   und dann haben wir ja noch   Etot2 =  Eo2 +  p2 ·c2

Die Aufgabe 7 im Abschnitt F7 bezieht sich auf diese Situation.


Pionen, Myonen und viele weitere Teilchen werden dauernd millionenfach erzeugt durch den Aufprall von hochenergetischen Quanten der kosmischen Strahlung auf Atome in der Erdatmosphäre. Antiprotonen werden heute am CERN in grosser Zahl seriemässig produziert, und ebenfalls am CERN hat man aus Antiprotonen und Positronen schon Anti-Wasserstoffatome erzeugt.

Trifft ein Positron auf ein Elektron, so werden die beiden Teilchen in zwei Photonen ‘zerstrahlen’. Der Impulserhaltungssatz erzwingt, dass es mindestens zwei Photonen sind: Der Gesamtimpuls eines Photons kann ja in keinem Koordinatensystem Null sein, während der Gesamtimpuls der beiden Teilchen im Schwerpunktsystem immer null ist! Aus demselben Grund kann ein Photon auch kein Elektron-Positron-Paar ohne Beteiligung eines weiteren Teilchens erzeugen. Das Ereignis findet immer in unmittelbarer Nähe eines Atomkerns statt.

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