Muonlevensduur

De Aarde staat voortdurend bloot aan een bombardement van hoogenergetische deeltjes uit de ruimte. Dit verschijnsel noemen we kosmische straling. Die hoogenergetische straling uit het heelal bestaat uit gamma-fotonen, elektronen en atoomkernen. Ze botsen met hoge snelheid op stikstof- en zuurstofatomen hoog in de atmosfeer van de Aarde. Bij die botsingen ontstaan allerlei nieuwe deeltjes. Deze botsen vervolgens weer met andere atomen waarbij opnieuw allerlei deeltjes worden gevormd enzovoort. De stortvloed aan deeltjes die bij deze kettingreactie ontstaat wordt een cosmic shower genoemd.

Een van de deeltjes in zo’n cosmic shower is het muon. Meestal bereiken alleen de muonen uit een cosmic shower het aard¬oppervlak. De andere deeltjes vervallen spontaan voordat ze het aardoppervlak bereiken of worden door de aardatmosfeer geabsorbeerd.

Een muon is een deeltje dat heel erg op een elektron lijkt. Het muon heeft wel een veel grotere massa dan het elektron: het is ruim 200 keer zo zwaar. Een ander verschil is dat het muon instabiel is: het vervalt tot een elektron en twee neutrino’s.

Je meet de levensduur van muonen. Je voert dat onderzoek uit met een muondetector waarmee de bestaanstijd van muonen die in de detector tot stilstand komen te meten is. Vanwege het statistisch karakter van het muonverval is een groot aantal metingen nodig om daaruit de muonlevensduur te bepalen. Ten slotte ga je na of de gemeten muonlevensduur in overeenstemming is met de literatuurwaarde.

Het muonverval lijkt sterk op het gooien met een groot aantal dobbelstenen. Je voert dan ook een dobbelsteenexperiment uit om de theorie achter het muonverval zo goed mogelijk te begrijpen.

Voorkennis

Voor het uitvoeren van dit experiment is de volgende voorkennis nodig: (radioactief) verval, kans, histogram, exponentiële functies (f(x) = a·e(b·x) + c).

Bestanden

Practicumhandleiding
Meetopstelling
Achtergrondinformatie

In de practicumhandleiding wordt in opdracht 2 en 3 verwezen naar de volgende twee animaties:
Muondetectie
Muonverval