LiDO

LiDO (Liquid Scintillation Muon Decay Observer) ist ein Experiment zur Messung der mittleren Lebensdauer kosmischer Myonen. Es ist permanent im CosmicLab bei DESY in Zeuthen installiert.

Bei dem Zerfall eines Myons entstehen ein Elektron bzw. ein Positron und zwei Neutrinos. Bis auf die Neutrinos sind alle diese Teilchen im LiDO detektierbar und spielen bei der Messung eine Rolle: Geladene Elementarteilchen, wie das Myon, erzeugen im Szintillator Licht, das vom PMT registriert wird. Wenn ein Myon im Detektor zerfällt, dann erzeugt kurze Zeit später das entstandene Elektron oder Positron ein weiteres Lichtsignal. Zur Bestimmung der mittleren Lebensdauer von Myonen wird die Zeitdifferenz zwischen dem ersten Lichtsignal vom Myon und dem zweiten Signal vom Elektron oder Positron gemessen. Dabei werden nur Ereignisse akzeptiert, bei denen die Zeitdifferenz kleiner als 20 Mikrosekunden ist. Die Darstellung der Häufigkeit solcher Ereignisse in Abhängigkeit von der Zeitdifferenz erlaubt unter Zuhilfenahme des Zerfallsgesetzes die Bestimmung der mittleren Lebensdauer.

Der Versuchaufbau besteht aus:
 

• einem lichtdichten, 12 Liter Stahlbehälter,
• 12 Liter Flüssigszintillator,
• einem PMT,
• einer Hochspannungsversorgung für den PMT,
• einer DAQ-Karte,
• einem Computer zum Speichern der Daten.

Die auf Cosmic@Web abgespeicherten Datensätze enthalten die Zeit, zu der der Zerfall stattfand, eine weitere Zeitangabe in vollen Stunden, den Luftdruck, die Temperatur, die Zeitdifferenz zwischen registriertem Myon und anschließend registriertem Elektron, und die Anzahl der Zerfälle pro Stunde. Weitere Informationen findest du in der Datensatzbeschreibung.

Mit diesem Experiment sind folgende Analysen möglich:
 

• Die Bestimmung der mittleren Lebensdauer kosmischer Myonen.
• Die Rate der Myonzerfälle kann in Abhängigkeit von der Zeit, dem Luftdruck und der Außentemperatur untersucht werden.
• Vergleich mit dem Ergebnis eigener Lebensdauermessungen mit dem CosMO- oder Kamiokannen-Experiment.

Auf der Plattform Cosmic@Web finden sich unter der Session-ID LiDO-Experiment einige Beispieldiagramme.

In diesem Häufigkeitsdiagramm, auch 1D-Histogramm, wird dargestellt, wie oft welche Zerfallszeit gemessen wurde.
Dazu werden bestimmte Bereiche festgelegt und alle Werte, die in jeweils einem Bereich liegen, gezählt. Bei Cosmic@Web kann eine bestimmte Anzahl solcher Bereiche, oder auch Bins, festgelegt werden. Hier werden die Zerfallszeiten z.B. in Bins von jeweils 0,5 µs eingeteilt.
Eine Fit-Funktion zeigt die mathematische Beschreibung des Prozesses.
 

• Wie aber kann man daraus nun die Lebensdauer bestimmen? Auf welchen physikalischen Gesetzmäßigkeiten basiert diese Messung?