Energiemessung

Zusammenfassung

Die Wechselwirkung von hochenergetischen Photonen oder Elektronen mit Materie führt über Elektron-Positron-Paarbildung und Bremsstrahlung der Elektronen und Positronen zu einer Kaskade (“Schauer”) von Photonen, Elektronen und Positronen, die erst dann abbricht, wenn die Energie der Elektronen und Positronen die “kritische Energie” E _c erreicht (s. Kap. 1.2.2 und 1.2.3). Die Entwicklung eines solchen Schauers wird also durch die für Paarbildung und Bremsstrahlung charakteristische Länge bestimmt, die in Kap. 1.2.2 definierte Strahlungslänge X ₀. Eine vereinfachende Betrachtung solch eines Schauers sieht so aus: ein primäres Photon der Energie E ₀ erzeugt mit 54% Wahrscheinlichkeit in einer Schicht der Dicke X ₀ ein Elektron-Positron-Paar; beide Teilchen haben im Mittel ungefähr die Energie E ₀/2. Falls E ₀/2 > E _c ist, verlieren diese Elektronen und Positronen ihre Energie E ₀/2 überwiegend durch Bremsstrahlung (Kap. 1.2.3), wobei diese Energie in einer Schicht der Dicke X ₀ auf ungefähr E ₀/(2e) absinkt. Dabei wird im Mittel ein Bremsquant mit der Energie zwischen E ₀/(2e) und E ₀/2 abgestrahlt. Die mittlere Zahl der Teilchen nach einer Schicht der Dicke 2X ₀ liegt ungefähr bei 4. Die Bremsquanten bilden ihrerseits wieder Paare, so dass nach n Generationen — die ungefähr einer Schichtdicke von nX ₀ entsprechen — 2ⁿ Teilchen mit mittlerer Energie E ₀/2ⁿ den Schauer bilden.