Elementarteilchen: 100-Dollar-Detektor erkennt Myonen
Ein Forschungsteam der University of Delaware(öffnet im neuen Fenster), USA, hat einen Detektor zum Aufspüren von Myonen entwickelt, dessen Bestandteile zusammen weniger als 100 US-Dollar kosten. Der Zusammenbau soll zudem bereits im Rahmen eines Schulunterrichts möglich sein. Beschrieben wird der Aufbau der nunmehr dritten Version in einer wissenschaftlichen Abhandlung im Journal of Instrumentation(öffnet im neuen Fenster).
Ursprünglich als Lehrmaterial gedacht, um bereits in Schulen die Existenz von Elementarteilchen und deren Nachweis zu zeigen, soll der nun erreichte Preis pro Detektor weitere Anwendungsfelder erschließen. Da Myonen durch hochenergetische kosmische Strahlung erzeugt werden, wäre ein Einsatz auf Satelliten denkbar. Als Frühwarnsystem könnte das System eine Abschaltung der elektronischen Komponenten an Bord veranlassen, um diese vor der Strahlung zu schützen.
Ebenfalls denkbar wäre laut Spencer Axani, dass die Messdaten der Geräte bei einer ausreichenden Verbreitung über den Globus für eine umfassende Ermittlung der Myonenaktivität eingesetzt werden können. Axani ist Junior Professor an der University of Delaware, Erfinder der ursprünglichen Version des günstigen Detektors und mitverantwortlich für die Weiterentwicklung.
Kurioses Teilchen mit besonderen Eigenschaften
Die Elementarteilchen, die zahlreiche Eigenschaften mit dem Elektron teilen, aber eine 200-mal höhere Masse besitzen, entstehen auf der Erde nur im Teilchenbeschleuniger. In der oberen Atmosphäre werden sie erzeugt, wenn kosmische Strahlung dort auf Atomkerne trifft.
Die Teilchen werden dann mit annähernd Lichtgeschwindigkeit gestreut, besitzen aber nur eine mittlere Lebensdauer von 2 Mikrosekunden. Demnach könnten sie trotz der hohen Geschwindigkeit aber nur 600 m zurücklegen, viele davon erreichen jedoch verlässlich die Erdoberfläche. Grund ist die Zeitdilatation, wie sie in der speziellen Relativitätstheorie beschrieben wird.
Von außen betrachtet vergeht demnach die Zeit schneller. Vergehen von der Erde aus betrachtet 19 Mikrosekunden, sind für schnelle Myonen 2 Mikrosekunden vergangen. Deshalb erreichen viel mehr dieser Teilchen die Erde und durchdringen dabei im Grunde jede Materie, als ohne Zeitdilatation zu erwarten wäre.
Dieses Phänomen und die Tatsachen, dass Myonen auch Elektronen in Atomen ersetzen können, dabei deren Eigenschaft verändern und sogar Fusionsprozesse hervorrufen können, macht sie zu interessanten Kandidaten für den Schulunterricht und den Einstieg ins Physikstudium.