ASTRO - PHYSIK

Phantasie ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt.

Albert Einstein

Geschichte der Teilchenphysik - Teil 3: Myonen im Zweiten Weltkrieg

Zerfall des Pions in ein Myon. Das Pion zerfällt in ein Myon (und ein unsichtbares Myon-Anti-Neutrino). Das Myon wiederum in ein Elektron, ein unsichtbares Elektron-Anti-Neutrino und ein ebenfalls unsichtbares Myon-Neutrino. Quelle: https://fineartamerica.com/featured/pion-muon-electron-pi-mu-e-decay-chain-c-powell-p-fowler-d-perkins.html

Unterdessen schreiben wir das Jahr 1935. Bekannt sind das Proton und das Neutron als Bestandteile von Atomkernen. Doch die positiv geladenen Protonen müssten sich abstossen, genauso wie gleich-geladene Magnete. Doch irgendeine Kraft muss die Protonen zusammenhalten. Yukawa schickte sich an eine Theorie diese Kraft aufzustellen. Er wollte die sogenannte starke Kernkraft beschreiben. Seine Theorie sagte ein neues Teilchen vorher, welches diese Kraft vermittelt, ganz so wie das Photon die elektromagnetische Kraft vermittelt. Er konnte auch vorhersagen, wie schwer dieses Teilchen sein müsste, nämlich etwa 100 MeV. Es ging nicht lange und solch ein Teilchen wurde entdeckt. Das Myon, eine Art schweres Elektron mit einer Masse von 106 MeV. Das Myon wies eine negative Ladung auf, genauso wie das Elektron. Und wie auch das Elektron fand man auch zum Myon ein positiv geladenes Anti-Teilchen. Die Idee war, dass das negativ geladene Myon, als Träger der starken Kernkraft, von Atomkernen einfach absorbiert werden müsste, das positiv geladene Myon aber würde von den positiven Kernen abgestossen und würde im freien zerfallen. Seine Zerfallsprodukte müssten sichtbar sein. Dies wollten 3 Italiener inmitten des um sie herum tobenden zweiten Weltkrieges zeigen. Conversi, Pancini und Piccioni machten etliche Versuche mit diesen Myonen.

Zu Beginn sah alles ganz gut aus, ganz so wie vorhergesagt. Doch je mehr Daten sie sammelten und je mehr Messungen sie vornahmen, desto unsicherer wurden sie. Am Ende, 1946, konnten sie mit hoher Sicherheit zeigen, dass weder das positiv geladene noch das negativ geladene Myon absorbiert wird. Beide zerfallen! Also war das Myon nicht das Teilchen das Yukawa gesucht hatte. Das Myon war nicht der Träger der starken Kernkraft.

Heute zählen wir das Myon zu den Leptonen. Es ist der schwere Bruder des Elektrons und spielt eher bei Prozessen der schwachen Kernkraft eine Rolle, als bei Kernprozessen der starken Kernkraft.

Die Suche nach dem Yukawa-Teilchen ging aber weiter. Cecil Powell fand das Pion. Das Pion zerfällt selbst in ein Myon (und ein damals noch unbekanntes Myon-Neutrino) und oberflächlich betrachtet verhält sich fast alles so, als wäre das Pion der Träger der starken Kernkraft. Das 139 MeV schwere Pion lag zwar etwas oberhalb der vorhergesagten 100 MeV, aber mit gewissen Ungenauigkeiten ist immer zu rechnen.

Doch nebst dieser Ungenauigkeit kam es zu weiteren Ungereimtheiten und auch das Pion ist nicht der Weisheit letzter Schluss. Doch dazu ein andermal mehr.

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