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Entdeckung des Myon-Neutrinos

Entdeckung des Myon-Neutrinos. Inhalt. Forschungsstand und Motivation Experimentelle Details Aufbau Detektor (Funkenkammer) Datenauswertung und Ergebnisse. Kurze Entdeckungsgeschichte. 1932: vier Teilchen ( γ , n, p, e ) 1937: Entdeckung des µ mit Nebelkammer in Höhenstrahlung

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Entdeckung des Myon-Neutrinos

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Presentation Transcript

  1. Entdeckung des Myon-Neutrinos

  2. Inhalt • Forschungsstand und Motivation • Experimentelle Details • Aufbau • Detektor (Funkenkammer) • Datenauswertung und Ergebnisse

  3. Kurze Entdeckungsgeschichte • 1932: vier Teilchen (γ, n, p, e) • 1937: Entdeckung des µ mit Nebelkammer in Höhenstrahlung • 1947: Entdeckung des π • 1959: Beweis der Existenz des ν aus β-Zerfall (von Reines, Savannah River Reactor) • Leptonzahl-Erhaltung • keine Leptonfamilien • nur eine Art von Neutrinos

  4. Einführung der W/Z-Bosonen • Untersuchungen des Ratios • theoretisch ≈ 10-4 • experimentell < 10-8 Lösung? Annihilation? Motivation Fermi-Theorie der schwachen WW • Punkt-WW ohne Boson • geringe Reichweite der WW • hohe Masse des W-Bosons • gute Näherung bei niedrigen Energien, Probleme bei hohen

  5. Leptongenerationen • Unterscheidung von νe und νµ • Erhaltung von Le und Lµ • µ- e- + γ verboten • aus µ- e- + ν + ν wird µ- e- + νe + νµ • erklärt zuvor unerwartet niedrigen Ratio

  6. Experiment - Übersicht OBSERVATION OF HIGH-ENERGY NEUTRINO REACTIONS AND THE EXISTENCE OF TWO KINDS OF NEUTRINOS Brookhaven National Laboratory, 1962 • Ziel: Nachweis von νµ (und damit Unterscheidung von νe) • erwartete Reaktionskette • Nachweis der µ-im Detektor • keine e-erwartet

  7. Alternating Gradient Synchrotron erstmals alternating gradient focusing Durchmesser 250 m Protonen mit maximal 33 GeV (hier 15 GeV) 20 ns Bursts mit 220 ns Separation

  8. Cherenkov-Counter (Gating von Bursts) 5000 t Stahl Filtern unerwünschter Teilchen Be-Target Funkenkammer (Triggern von Events) Experimenteller Aufbau 21 m 13,5 m

  9. Funkenkammer Hochspannung 6 kV 2,5 cm 1,0 cm N2

  10. Zündschaltung

  11. Funkenkammern-Aggregat • Neutrinos reagieren im Aluminium • νµ + n  p + µ- • 10 Trigger-Events / h • durch Triggering nur 5,5 Sekunden aktiv • Koinzidenz-Counter • Antikoinzidenz-Counter • 10 Funkenkammern zu je 1 t aus Al gefüllt mit N2 • Neutrino-Einfallsrichtung

  12. Klassifizierung der Events short/long single track (myon) vertex (myons) shower (electron)

  13. Gültige Events 113 Events bei 3,48x1017 Protonen, davon • 49 short single tracks (pµ < 300 MeV/c) • 34 long single tracks (pµ > 300 MeV/c) • 22 vertex events • 8 showers (electron or proton showers) davon 6 betrachtet mit pµ ≈ 300 MeV/c • 56 gültige Events

  14. Ausschluss kosmischer Strahlung • Tests ohne Gating durch Cherenkov-Counter • Trigger-Events: 80 / s statt 10 / h • davon 5+-1 gültige Events von insgesamt 56 • Verteilung um 0-Linie

  15. TargetFrontschild Detektor Ausschluss von Neutronen • Reaktion nicht von Neutronen (aus Be-Target) verursacht • Ursprung der Events räumlich gleich verteilt (aber freie Weglänge für Kernreaktionen in Al ca. 40 cm) • Abschirmung durch Frontschild, nur 10-4 Reaktionen erwartet • Test durch Verdünnung des Frontschildes

  16. TargetPlastikFrontschild Detektor Evidenz für Neutrinos • produzierte Teilchen vermutlich Myonen • keine WW beim Durchgang von 820 cm Al • vgl. mittlere freie Weglänge von π: 100 cm • Reaktionsprodukte stammen aus dem Zerfall von π und K • Ersetzen von 4 ft Stahl durch Plastik (gleiche freie Weglänge) • Reduktion der Zerfallslänge auf 1/8 • Reduktion der Events entspricht Erwartung

  17. Schlussfolgerung • Reaktionen durch Neutrinos • produzierte Teilchen sind Myonen • es handelt sich um • falls νe = νµ gleiche Zahl von e und µ Events • 34-5 (kosmische Strahlung) µ Events • maximal 6 beobachtete Shower • νe ≠ νµ • ZWEI ARTEN VON NEUTRINOS

  18. Nobelpreis Discovery of the Muon-Neutrino, 1988 Leon Lederman, Melvin Schwartz and Jack Steinberger

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