Kamiokannen-Experiment

Myonen in der Kaffeekanne

Versuchsaufbau

Das Kamiokannen-Experiment besteht aus:
 

• zwei Kamiokannen (Thermoskannen mit aufgesetztem PMT und interner Hochspannungsversorgung)
• einem 5 V Netzteil für die Spannungsversorgung des PMT
• einer DAQ-Karte (vom Fermilab-Experiment)
• einem Netbook zur Steuerung der DAQ-Karte, zur Datenspeicherung und -auswertung
• dem Mess- und Auswertungsprogramm "Muonic"
• einem GPS-Gerät (optional), das an die DAQ-Karte angeschlossen werden kann.

 

 



 

Versuchsdurchführung

Wie bei jedem Experiment müssen die Detektoren vor der eigentlichen Messung kalibriert werden. Dazu wird für jeden Detektor, also für jede Kamiokanne, die gemessene Teilchenrate in Abhängigkeit von der eingestellten Schwellspannung (Threshold) gemessen. Aus der resultierenden Messkurve lässt sich die optimale Schwellspannung ablesen. Anschließend können mit den kalibrierten Detektoren diverse Fragestellungen untersucht werden. Zur Analyse der auf dem Notebook gespeicherten Daten wird das Messprogramm "Muonic" bereitgestellt.

 

Mögliche Aufgabenstellung

Mit den Kamiokannen-Experiment lassen sich verschiedene interessante Experimente mit kosmischen Teilchen durchführen:
 

• Bei der Ratenmessung bestimmt man die Zahl der in der Kamiokanne gemessenen Teilchen in Abhängigkeit von der Zeit (z. B.: N Teilchen pro Sekunde, pro Minute oder pro Stunde). Mit einer einzelnen Kanne misst man die aus allen Richtungen kommenden Teilchen. Hier kann man z. B. die Abschirmung durch Material untersuchen (Messung unter dem Dach und im Keller eines Gebäudes, Einbau der Kanne in Bleiziegel). Mit zwei Kannen und einer Koinzidenzforderung lässt sich die Rate in Abhängigkeit vom Winkel messen, so dass die Richtungsabhängigkeit der Intensität kosmischer Myonen bestimmt werden kann. Es ist wichtig, dass sich der Abstand der Kannenmittelpunkte bei den verschiedenen Messungen nicht ändert. Auch hier kann der Effekt der Abschirmung durch Material untersucht werden.
• Bei einer Lebensdauermessung von Myonen beobachtet man den Myonenzerfall, d.h. die Messdaten werden auf Ereignisse hin untersucht, bei denen innerhalb von 20 Mikrosekunden zwei Signale registriert wurden. Dabei stammt das erste Signal von einem Myon und das zweite vom Zerfallsteilchen, dem Elektron bzw. Positron. Um eine ausreichende Statistik für die Auswertung aufzunehmen, sollte die Messdauer mindestens 72 Stunden betragen. Die Darstellung der Anzahl dieser Ereignisse in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz erlaubt die Bestimmung der Myon-Lebensdauer. Für diesen Versuch wird eine Kanne verwendet.
• Messungen in Abhängigkeit von der verwendeten Flüssigkeit oder mit Zusätzen im Wasser.

 

 

Technische Details & Anleitungen

 


Abschlussarbeiten
Kosmische Myonen in Schulversuchen (2.6 MB)
Staatsexamensarbeit von Matthias Fuidl, Universität Mainz
Ausarbeitung eines Geamtexperimentierkonzeptes zur Kamiokanne (8.6 MB)
Bachelor-Arbeit von Maike Jekel, Universität Göttingen
Weiterführende Links
• Kamiokanne - kosmische Strahlung in der Kaffeekanne
  Webseite, Universität Göttingen