Lebensdauer von Myonen
In einem 25 Liter Szintillationstank beobachtet man mit einem Photomultiplier den Untergrund radioaktiver Strahlung. Dabei stellt man fest, dass sehr viel häufiger Doppelpulse im Mikrosekundenbereich auftreten, als es der statistischen Zufallsverteilung entspricht. Man deutet diesen Befund der Doppelpulse mit Hilfe des Myonenzerfalls. Myonen entstehen durch Zerfall von Pionen in der äußersten Lufthülle in etwa 10 bis 30 km Höhe. Eine große Zahl relativistischer Myonen können trotz der kurzen mittleren Lebensdauer von etwa 2,2 µs wegen der Zeitdilatation die Erde erreichen. Fällt ein geladenes Myon in den Szintillationstank, so registriert der Photomultiplier einen Puls. Kommt das eingefallene negative bzw. positive Myon im Tank zur Ruhe, dann zerfällt es nach einer individuellen Zeit in ein Elektron, ein elektronisches Antineutrino und ein myonisches Neutrino bzw. in ein Positron, ein elektronisches Neutrino und ein myonisches Antineutrino. (Für Myonen gilt ein Dreiteilchenzerfall, für Pionen ein Zweiteilchenzerfall). Das Zerfallselektron bzw. Positron erzeugt im Szintillatortank als geladenes Teilchen ebenfalls einen Lichtblitz, den der Photomultiplier als zweiten Puls registriert. Mit einer mikroprozessorgesteuerten Elektronik werden innerhalb einer Woche die Doppelpulse in Zeitfenstern von einer Mikrosekunde zwischen 0 und 10 µs in 10 Speicherkanälen aufgesammelt. Diesen zeitlich abnehmenden Messdaten lässt sich eine exponentielle Zerfallskurve zuordnen. Es soll graphisch und rechnerisch geprüft werden, ob die gemessene mittlere Lebensdauer mit der des Myons übereinstimmt, wobei sowohl der zufällige Messuntergrund und die dadurch bewirkte zufällige Koinzidenzrate als auch der zum Myonenzerfall konkurrierende Myoneneinfang im Szintillator berücksichtigt werden muss. Vor der Auswertung sollen die zeitlichen Grenzen der etwa 1 µs breiten Zeitfenster der Speicherkanäle exakt mit Hilfe eines Doppelpulsgenerators und eines Oszillographen mit verzögerbarer Zeitbasis möglichst genau ausgemessen und die Messdaten entsprechend korrigiert werden.
