Wu-Experiment

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Das Wu-Experiment wurde 1956 durch (Frau) Chien-Shiung Wu durchgeführt, um die Paritätserhaltung bei der schwachen Wechselwirkung experimentell zu bestätigen. Bei diesem Versuch wurde die maximale Paritätsverletzung bei der schwachen Wechselwirkung festgestellt (V-A-Theorie).

[Bearbeiten] Vorgeschichte

1927 wurde von Eugene Paul Wigner die Paritätsoperation bei einer Wellenfunktion begründet, da ein Atom mindestens 2 Anregungszustände hat.

1956 veröffentlichten Tsung-Dao Lee und Chen Ning Yang die Theorie, derzufolge bei der schwachen Wechselwirkung, im Gegensatz zur starken Wechselwirkung und elektromagnetischen Wechselwirkung, die Parität nicht erhalten bleibt. Dabei hatten sie auch mehrere spezielle Experimente vorgeschlagen.

[Bearbeiten] Das Experiment

Cobalt-60-Kerne wurden bei einer Temperatur von ca. 10 mK magnetisch so ausgerichtet, dass ihre Spins alle in einer Vorzugsrichtung zeigten (z-Richtung). Das betrachtete Cobalt-Isotop zerfällt in einem -Zerfall gemäß der Reaktion

Man misst die Anzahl der in negativer z-Richtung emittierten Elektronen.

Man muss nun die beiden folgenden Szenarien unterscheiden:

Szenario: Die Kernspins sind in positiver z-Richtung ausgerichtet. Es werden Elektronen detektiert, die entgegen der Spinrichtung emittiert wurden (linkshändige Elektronen).

Gespiegeltes Szenario: Das Magnetfeld wird umgekehrt. Die Kernspins zeigen nun in negative z-Richtung. Es werden Elektronen detektiert, die in Spinrichtung emittiert wurden (rechtshändige Elektronen).

Wäre die Parität erhalten, wären beide Szenarien gleich wahrscheinlich: es würden genausoviele Elektronen in Richtung des Kernspins wie in Gegenrichtung emittiert werden. Wu stellte jedoch experimentell fest, dass fast alle Elektronen entgegen der Spinrichtung der Kerne emittiert werden.

Der Grund ist, dass die Austauschbosonen der schwachen Wechselwirkung nur an linkshändige Teilchen (bzw. rechtshändige Antiteilchen) koppeln.

[Bearbeiten] Das Resultat

Die Verletzung der Parität ist keine kleine Korrektur, sondern maximal bei der schwachen Wechselwirkung. Sie ist sozusagen ein Kennzeichen der schwachen Wechselwirkung.

Für viele Physiker war dieser Fall eines Naturgesetzes schwer zu begreifen, bis weitere Experimente (Myon-Zerfall, Pion-Zerfall, ...) dieses Ergebnis bestätigten.

Man half sich damit aus, dass nicht die Parität P, sondern der kombinierte Operator CP (C Charge) erhalten ist. CP-Verletzung wurde beim Kaon-Zerfall festgestellt. Die kombinierte Symmetrie CPT (T Time) ist jedoch in allen Wechselwirkungen erhalten. Das ist die Aussage des CPT-Theorems, das im Rahmen der Quantenfeldtheorie bewiesen werden kann.