Eigenschaften von Spiegelteilchen

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,