Czas życia mionów / Muon lifetime

 

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie czasu życia mionów. W pomiarach rejestrowane są miony produkowane w górnych warstwach atmosfery i stanowiące główną składową docierającego do powierzchni Ziemi wtórnego promieniowania kosmicznego.

Do ich detekcji wykorzystany jest detektor scyntylacyjny składający się z czterech prostokątnych płyt scyntylatora plastykowego ułożonych na przemian z czterema płytami ołowianymi. Fotony scyntylacji rejestrowane są przez parę fotopowielaczy. Przeważająca część mionów docierająca do detektora, przelatuje przez niego bez zatrzymania, ale ich niewielka część – na poziomie 0.1% - zatrzymuje się tracąc w nim całą swoją energię. Płyty ołowiane, w których straty energii są stosunkowo duże, istotnie pomagają w zatrzymaniu mionów. Po czasie rzędu 1 μs miony rozpadają się emitując pozyton:

.

Podłączona do detektora elektronika pozwala na rejestrację różnicy czasu pomiędzy impulsem związanym z zatrzymaniem się i z rozpadem mionu. Rejestrowane w komputerze widmo różnicy czasu można opisać eksponencjalną funkcją N=a×exp(-t/τ), gdzie τ jest  poszukiwanym czasem życia mionu.

 

The aim of the experiment is to determine the lifetime of muons. These particles are similar to electrons. They differ from electrons by more than 200 larger mass. Muons are unstable. They decay  in the weak interaction and knowledge of their lifetime allows to determine the strength of the weak interaction (Fermi coupling constant).
In the experiment, positively charged muons originating from the cosmic rays are stopped in a scintillation detector and subsequently decay with the positron emission. The muon lifetime is determined based on a  time difference between the detector signal produced by the stopped muon and the signal generated by the positron emission.