Ablenkung der Betastrahlung (β +, β -)

im Magnetfeld

Es wurde ein d=80mm breiter und h=10mm hoher Permanentmagnet mit einer Feldstärker von 1.2 Tesla erworben. Damit das Magnetfeld möglichst homogen ist, wurde die Form einer Scheibe gewählt. Damit nur der Magnet gekühlt wird und nicht zusätzlich die Detektionsfläche, wird um den Magneten ein Styroporrahmen errichtet. Es kann beobachtet werden, dass nur die Betastrahlung sich im Magnetfeld ablenken lässt. Durch die Richtung des Magnetfeldes, kann jeweils die Ladung des Teichens ermittelt werden. Das untere Bild zeigt eine Nebelspur eines Positrons im Magnetfeld. In Folge der Kollision des Positrons mit einem Atom wird ein Delta- Elektron emmitiert, welches in die entgegengesetzte Richtung der Ablenkungsrichtung des Positrons abgelenkt wird. Durch den Radius der Nebelspur und der Ladung des Teilchens kann die Geschwindigkeit, sowie die Energie des abgelenkten Teilchens berechnet werden. Da das B-Feld nach oben gerichtet ist (wird vor dem Experiment mit einem Permanentmagneten, mit bereits bekannten Polen ermittelt) handelt es sich bei der Nebelspur mit dem grösseren Radius um die Spur eines  Positrons, und bei der kleineren Nebelspur um die des Elektrons. Zur Berechnung der Geschwindigkeit der einzelnen Teilchen wird die Zentripetalkraft (FZP) der Elektromagnetischen Kraft, der Loretzkraft (FL), gleichgestellt. Setzt man die bereits bekannten Werte (B,r,Qe,me) ein, so erhält man die Geschwindigkeit vNR. Der ermittelte Wert der Geschwindigkeit der Teilchen wurde mit der Lichtgeschwindigkeit c verglichen. Werte mit denen die Ablenkung der beobachteten Elektronen/Positronen berechnet wurden. Hier: m0 ist die Ruhemasse des Teilchens (Elektron/Postiron), Q ist die Ladung, r ist der Radius der kreisförmigen Umlaufbahn, vNR die Geschwindigkeit nach dem klassischen Modell, vR die Geschwindindigkeit mit der relativistischen Ergänzung, m ist die relativistische Masse des Teilchens, E ist die relativistische Energie des Teilchens.; eigene Darstellung Da die Geschwindigkeitsgrenze nach der speziellen Relativitätstheorie wird durch die Lichtgeschwindigkeit gegeben ist, kann eine Geschwindigkeit von 14c oder 3,3c nicht exestieren. Demnach handelt es sich in diesem Fall um relativistische Elementarteilchen. Um die Geschwindigkeit der Elementarteilchen zu berechnen muss die Formel aus der klassischen Physik durch einen relatevistischen Ansatz ergänzt werden. Verwendet man diese Ergänzungen, so erhält man die Geschwindigkeitsverhältnisse (vR/c) von 0.99c (für das Positron) und 0.95c (für das Elektron), sowie die Massenverhältnisse (m/m0) für die einzelnen Teilchen (Siehe Tabelle). Durch die ermittelten Werte kann zudem die Energie der relatevistischen Teilchen berechnet werden (Siehe Tabelle).