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#class/Ex-V-II #experiment Im Dezember 1956 führte Chien-Shiung Wu das erste Experiment durch, welches die Symmetrieverletzungen durch die Verletzung der Parität nachwies.
Theta-Tau-Puzzle
Experimentell wurden Lebensdauern von zwei Mesonen mit gleicher Masse (vgl. Masse eines Kaon⁺) beobachtet, welche jedoch in unterschiedliche Paritätszustände zerfallen. $$\begin{align} \theta^{+}&\to \pi^{+}+ \pi^{0}\qquad &&P(\theta^{+}) = (-1) \cdot (-1) \cdot (-1)^{0} = +1 \ \tau^{+}&\to \pi^{+}+ \pi^{-}+ \pi^{+} &&P(\tau^{+})= (-1) \cdot(-1)\cdot (-1) \cdot (-1)^{0}= -1 \end{align}$$ Heute wissen wir, dass es sich dabei um zwei Zerfallsmoden des Kaon⁺ handelt. Durch die Involvierung des W⁺ Boson ist die Schwache Wechselwirkung beteiligt und die Parität darf gebrochen werden.
Versuchsaufbau
Der Versuchsaufbau des Wu-Experiments umfasste eine vertikale Vakuumkammer, die \ce{^60Co}, Detektoren und eine Feldspule enthielt. Diese Kammer wurde in einen Dewar gelegt und anschließend in ein großes Elektromagnetfeld eingesetzt, welches das radioaktive Isotop nahe am absoluten Nullpunkt durch adiabatische Entmagnetisierung kühlte. Die Cobalt-60 Atome wurden durch ein uniformes Magnetfeld ausgerichtet. Diese präzise Ausrichtung und Kühlung waren entscheidend, um thermische Bewegungen, die die Ausrichtung stören könnten, zu minimieren und somit die Polarisation der Cobalt-60 Kerne zu maximieren.
Resultat
Die Ergebnisse des Experiments zeigten eine deutliche Asymmetrie in der Emissionsrichtung der Elektronen im Vergleich zu den Gammastrahlen. Während die Gammastrahlen isotrop verteilt waren – wie es bei einer EM-Wechselwirkung, die die Parität erhält, erwartet wird –, wurden die Elektronen bevorzugt in die Richtung ausgestoßen, die dem Spin des Cobalt-Kerns entgegengesetzt war. Diese Beobachtung lieferte einen klaren Beweis dafür, dass die schwache Wechselwirkung die Paritätserhaltung verletzt. Die signifikante Asymmetrie in der Emissionsrichtung der Elektronen, welche nicht mit der der Gammastrahlen übereinstimmte, bestätigte die Theorie der Paritätsverletzung in der schwachen Wechselwirkung.
Erklärung
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