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Der Große Positronen Hindernislauf  
Impressum Datenschutz Stefan Meyer Institut für Subatomare Physik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Kegelgasse 27 1030 Wien, Österreich Kontakt Positronium: Die (sehr) kurze Freundschaft von Elektron und Positron. Wenn sich Positronen und Elektronen treffen können sie ein kurzlebiges Bündnis eingehen bevor sie sich zerstören. PsH: Die Freunde des Positrons. Da das Positron Antimaterie ist, hat es Schwierigkeiten, Freunde zu finden. Aber manchmal schafft es das. Die Freundesgruppe besteht aus einem Wasserstoffatom (1 Proton, 1 Elektron) und einem Positronium (1 Positron, 1 Elektron).  Alles beginnt mit einem radioaktiven Zerfall. Ein Natriumatom zerfällt in einem Betazerfall in ein Neon Atom und dabei wird ein Positron freigesetzt. Insbesondere wandelt sich ein Proton in ein Neutron um. Dabei entsteht auch ein Positron und ein Neutrino. Die Positronen aus der radioaktiven Quelle haben zu viel Energie, um direkt für Experimente genutzt werden zu können. Um sie zu verlangsamen, verwendet man eine sehr dünne Schicht Neon-Eis, die nennt man auch Moderator. Dafür wird eine sehr kalte Oberfläche gebraucht (250°C kälter als ein normaler Gefrierschrank). Wenn die Positronen durch das Eis fliegen, kollidieren sie hunderte Male und verlieren dabei immer ein kleines bisschen Energie. Das Eis ist allerdings nicht perfekt, weshalb es auch Verunreinigungen und Löcher hat, in denen Positronen vernichtet werden und die Energie in Form von Gammastrahlen (Licht) freigesetzt wird. Nur etwa 1% der Positronen schaffen es durch das Eis, aber dafür ist ihre Energie etwa 100.000 mal geringer. Nachdem es aber immer Positronen gibt, die zu schnell unterwegs sind, müssen diese noch herausgefiltert werden. Dafür verwendet man magnetische Felder, da sich geladene Teilchen durch diese ablenken lassen.  Wenn das Magnetfeld abgeschaltet ist, werden alle Teilchen gestoppt. Ist das Magnetfeld angeschaltet, schaffen es die Positron mit wenig Energie durch die Halfpipe, während die, die zu schnell unterwegs sind, nicht genug abgelenkt werden und gegen die Wand fliegen. Um die Positronen perfekt für das Experiment vorzubereiten, müssen sie in einer Falle gesammelt werden. Dazu wird ein starkes Magnetfeld und ein stufenförmiges elektrisches Feld in der Form des Berges im Vordergrund verwendet. Die Positronen, die in die Falle hineinfliegen, müssen Energie verlieren. Das machen sie mithilfe einer Gaswolke. Bei einer Kollision mit der Wolke können die Positronen die Energie an die Moleküle in der Gaswolke abgeben, dabei regen sie Elektronen an oder bringen das Molekül zum schwingen oder rotieren.  Es gibt auch einen einzigartigen Prozess, bei dem das Positron das Elektron aus dem Atom stiehlt, das Positron und das Elektron umkreisen sich selber ohne einen schweren Atomkern. Dieser Prozess wird Positroniumbildung genannt. Positronium ist wie Wasserstoff, aber anstelle des positiven Protons hat es stattdessen ein positives Positron. Dieses Atom ist nicht sehr stabil, vernichtet sich nach kurzer Zeit selber und erzeugt dabei Lichtteilchen. Wenn das Positron aber Energie verliert, fällt es stufenweise den ‚Berg‘ hinunter, bis es in der untersten Stufe gefangen ist. Dort werden dann viele Positronen für eine gewisse Zeit gesammelt, bis sie gebraucht werden. Das Positron hat nun die Hindernisse überwunden und hat die richtige Energie, um mit den Molekülen zu interagieren. Auf dem Ball der Moleküle – also in der Reaktionskammer – kann das Positron mit CH4 (oder auch anderen Gasen) reagieren. Dabei können verschiedene Reaktionen stattfinden: CH4 wird ionisiert, das heißt das Positron schlägt ein Elektron aus dem CH4  Molekül und beide fliegen weg, dabei entsteht ein positiv geladenes CH4+. Das Positron stiehlt ein Elektron aus dem CH4 und zusammen bilden sie ein Positronium, das sich nach kurzer Zeit vernichtet und in Licht umgewandelt wird. Dabei entsteht auch ein CH4+ Ion. Gleich wie im zweiten Fall kann das Positron dem Molekül ein Elektron stehlen und ein Positronium bilden, dabei kann das CH4  aber auch  weiter zerfallen und ein Wasserstoffatom bindet sich an das Positronium (PsH). Dabei bleibt dann ein CH3+ über. Viele besondere Moleküle, an die sich Positronium binden kann, sowie PsH, wurden theoretisch vorhergesagt, aber bis heute noch nicht gefunden. Unser Experiment hat es sich zur Aufgabe gemacht, viele verschiedene davon herzustellen und nachzuweisen. CH4: Der Star am Ball der Moleküle. Das CH4  Molekül besteht aus einem Kohlenstoff Atom und vier Wasserstoff Atomen, die als Freunde auf den Ball gegangen sind. Die Photonen: Lichtteilchen, die unter Anderem entstehen, wenn Teilchen zerfallen oder Materie auf Antimaterie trifft. Auch wenn die Freundschaft von Elektron und Positron vorbei ist, zerstören sie sich und erzeugen Lichtteilchen. Das Positron: Der Hauptdarsteller des Films. Das Positron ist das positiv geladene Gegenstück zum Elektron oder auch sein Antimaterie Partner. Das Elektron: Der Antiheld. Das Elektron ist eines der fundamentalen Teilchen der Physik. Es besitzt eine negative Ladung und kommt normalerweise in den Schalen von Atomen vor.  Neon: Edles Gas, das sehr stark gekühlt die Positronen verlangsamt. Der große Positronen Hindernislauf Am Stefan Meyer Institut (SMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften wird ein Experiment gebaut in dem wir beobachten können wie Positronen mit Materie wechselwirken. Ein Film von: Alina Weiser, Christin Schuster, Clara Freytag, Viktoria Kabel Die Darsteller Die Stationen des Hindernislaufs Home Video Positronenphysik    
Positronenphysik  
Navigation Stefan Meyer Institut für Subatomare Physik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Kegelgasse 27 1030 Wien, Österreich Impressum Datenschutz Kontakt Motivation In Wien wird eine Positronenfalle gebaut, um die Formation von besonderen Molekülen zu studieren. Diese Moleküle enthalten Positronium - eine kurzlebige Bindung aus einem Elektron und einem Positron. Die Falle ist dabei essentiell um die Energieverteilung des Positronenstrahls einzuschränken, was wiederum notwendig ist um die Bindungsenergie der Moleküle genau zu bestimmen. Das Experiment Die Positronen werden in einer Natrium-22 Quelle erzeugt und dann mithilfe eines Neon-Moderators verlangsamt. Nachdem sie leicht von einem Magnetfeld abgelenkt werden, werden sie in der Positronenfalle gefangen und komprimiert. In einer Gaszelle kollidieren sie mit verschiedenen Gasen und gehen Molekülbindungen ein. Die Formation von Molekülen, die Positronium enthalten, wird mithilfe eines Ionen-Detektors registriert. Die Schwankungsbreite der Energie im Positronenstrahl kann mit einem retardierendem Feld-Analysator und einem Positronendetektor gemessen werden. Da das Experiment versteckt in Vakuumkammern abläuft, haben wir einen kurzen Film produziert, der vereinfacht die verschiedenen Stadien des Experiments darstellt. Das untenstehende Bild zeigt die einzelnen Etappen im tatsächlichen Experimentaufbau. Home Video Positronenphysik    
Besuch von BM Hammerschmid bei der Kinderuni am SMI  
Während zwei Tagen Kinderuni am SMI gab es für knapp 50 Kinder die Gelegenheit, an drei Stationen Grundlagen der (Teilchen)Physik kennenzulernen und bei Experimenten auch selbst Hand anzulegen. Der erste Tag war - im Hinblick auf „FIT-Frauen in die Technik" - exklusiv für Mädchen reserviert. Am zweiten Tag der Kinderuni am SMI durften wir Frau Bundesministerin für Bildung und Frauen, Sonja Hammerschmid, als Gast begrüßen. Nach einem ausgiebigen Besuch der Stationen holte sich die Bundesministerin Feedback von Kindern und Team und erzählte dass sie früher unweit des SMI selbst als Studentin aktiv war. Den aufregenden Abschluss jedes Tages bildete die Zubereitung von Speiseeis unter Zuhilfenahme von flüssigem Stickstoff. Bericht der APA Kinderuni am SMI