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Sonne und Neutrinos

Sonne und Neutrinos. Physikalisches Proseminar (SS 08) Johann Walter Universität Bielefeld 25.06.2008. Inhalt. Historischer Einstieg Warum sind Neutrinos interessant? Solare Neutrinos Detektion solarer Neutrinos Neutrinooszillationen, neuere Experimente. Historischer Einstieg.

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Presentation Transcript

  1. Sonne und Neutrinos Physikalisches Proseminar (SS 08) Johann Walter Universität Bielefeld 25.06.2008

  2. Inhalt • Historischer Einstieg • Warum sind Neutrinos interessant? • Solare Neutrinos • Detektion solarer Neutrinos • Neutrinooszillationen, neuere Experimente Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  3. Historischer Einstieg • Beta-Zerfall (historisch): • verletzt Energieerhaltung • verletzt Impulserhaltung • verletzt Drehimpulserhaltung Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  4. Historischer Einstieg • Lösung für ß--Zerfall: • analog für ß+-Zerfall: • Eigenschaften des sog. „Neutrinos“ (ital.: kleines Neutron): • elektrische Ladung: 0 • Spin: ½ • Masse ist (fast?) Null • neue Erhaltungsgröße mit Leptonenzahl ±1 • Erster Nachweis 1956 (C. Cowan, F. Reines) Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  5. Was macht Neutrinos interessant? • Neutrinos unterliegen nur der schwachen WW (und der Gravitation) • Interesse der Astronomie: Neutrinos entstehen bei Kernprozessen (Sterne, Supernovae) und Teilchen-WW (atmosphärische Streuprozesse, kosmische Beschleuniger) • keine Ablenkung, somit direkte Boten der Ereignisse Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  6. Spektrum der solaren Neutrinos 3 grobe Klassen von Neutrinos • 85% unter 422keV (pp-Neutrinos) • ~15% durch Zerfall von 7Be • ~0,015% hochenergetische Neutrinos bis 14MeV durch Zerfall von 8B Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  7. Experimentelle Nachweise solarer Neutrinos • 1. Nachweis solarer Neutrinos Ende der 60er durch Ray Davis (Nobelpreis 2002) • basiert auf der Reaktion: • Nachweisschwelle: Eν≥ 814 keV • Homestake-Mine, Minnesota • wenige (<10) Ereignisse pro Tag! Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  8. Experimentelle Nachweise solarer Neutrinos • 1. Nachweis solarer Neutrinos Ende der 60er durch Ray Davis (Nobelpreis 2002) • basiert auf der Reaktion: • Nachweisschwelle: Eν≥ 814 keV • Homestake-Mine, Minnesota • wenige (<10) Ereignisse pro Tag! • Ergebnis des Experimentes: Nur ca. ein Drittel des erwarteten Neutrinoflusses konnte registriert werden! Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  9. Experimentelle Nachweise solarer Neutrinos • 2. Nachweis von solaren Neutrinos durch ‚GALLEX‘ (Italien, Gran-Sasso-Tunnel) und ‚SAGE‘ (Kaukasus), 80er Jahre • ähnliche Reaktion: • Nachweisschwelle: Ev≥ 234 keV (auch pp-N. werden erfasst) Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  10. Experimentelle Nachweise solarer Neutrinos • 2. Nachweis von solaren Neutrinos durch ‚GALLEX‘ (Italien, Gran-Sasso-Tunnel, 80er) und ‚SAGE‘ (Kaukasus) • ähnliche Reaktion: • Nachweisschwelle: Ev≥ 234 keV (auch pp-N. werden erfasst) • Ergebnis: Auch hier wurden nur ca. 60% der erwarteten solaren Neutrinos beobachtet! Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  11. Experimentelle Nachweise solarer Neutrinos • 2. Nachweis von solaren Neutrinos durch ‚GALLEX‘ (Italien, Gran-Sasso-Tunnel, 80er) und ‚SAGE‘ (Kaukasus) • ähnliche Reaktion: • Nachweisschwelle: Ev≥ 234 keV (auch pp-N. werden erfasst) • Ergebnis: Auch hier wurden nur ca. 60% der erwarteten solaren Neutrinos beobachtet! • → solares Neutrinodefizit Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  12. Experimentelle Nachweise solarer Neutrinos • 2. Nachweis von solaren Neutrinos durch ‚GALLEX‘ (Italien, Gran-Sasso-Tunnel, 80er) und ‚SAGE‘ (Kaukasus) • ähnliche Reaktion: • Nachweisschwelle: Ev≥ 234 keV (auch pp-N. werden erfasst) • Ergebnis: Auch hier wurden nur ca. 60% der erwarteten solaren Neutrinos beobachtet! • → solares Neutrinodefizit • mögliche Lösung: Neutrinooszillationen (Neutrinos mit m>0) Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  13. Neuere Experimente Sudbury Neutrino Observatory (SNO), Kanada • 1000 t schweres Wasser (D2O) • 10.000 Photomultiplier • 18 m Durchmesser • Ev≥ 5 MeV Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  14. Neuere Experimente Super Kamiokande (SK), Japan • 50.000 t reines Wasser (H2O) • 11.420 Photomultiplier • Ev≥ 5 MeV Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  15. Funktionsweise von SNO und SK • Charged Current (nur SNO): • nur für ve möglich • e- trägt den Großteil der Energie • Gute Information über spektrale Verteilung der v Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  16. Funktionsweise von SNO und SK • Charged Current (nur SNO): • nur für ve möglich • e- trägt den Großteil der Energie • Gute Information über spektrale Verteilung der v • Neutral Current (nur SNO): • für alle Neutrinosorten (vx) möglich Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  17. Funktionsweise von SNO und SK • Charged Current (nur SNO): • nur für ve möglich • e- trägt den Großteil der Energie • Gute Information über spektrale Verteilung der v • Neutral Current (nur SNO): • für alle Neutrinosorten (vx) möglich • Elastischer Stoß: • Wenig Aussage über Spektrum, aber gute Information über Richtung der v Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  18. Ergebnisse von SNO und SK • SNO: Gesamtfluss der solaren Neutrinos entspricht sehr genau dem berechneten Fluss an ve • ein Drittel ve: 1,76Mio (cm s)-1 • zwei Drittel vµ und vτ: 3,41Mio (cm s)-1 für Ev≥ 5 MeV Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  19. Ergebnisse von SNO und SK • SNO: Gesamtfluss der solaren Neutrinos entspricht sehr genau dem berechneten Fluss an ve • ein Drittel ve: 1,76Mio (cm s)-1 • zwei Drittel vµ und vτ: 3,41Mio (cm s)-1 für Ev≥ 5 MeV • SK: Nachweis der Neutrinooszillation durch Messung atmosphärischer Neutrinos (Richtung der einfallenden Neutrinos spielt eine Rolle) Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  20. Ergebnisse von SNO und SK • SNO: Gesamtfluss der solaren Neutrinos entspricht sehr genau dem berechneten Fluss an ve • ein Drittel ve: 1,76Mio (cm s)-1 • zwei Drittel vµ und vτ: 3,41Mio (cm s)-1 für Ev≥ 5 MeV • SK: Nachweis der Neutrinooszillation durch Messung atmosphärischer Neutrinos (Richtung der einfallenden Neutrinos spielt eine Rolle) • Detektion von 10+ Neutrinos innerhalb weniger Sekunden wenige Stunden, bevor SN1987A ‚sichtbar‘ wurde Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  21. Ergebnisse von SNO und SK • SNO: Gesamtfluss der solaren Neutrinos entspricht sehr genau dem berechneten Fluss an ve • ein Drittel ve: 1,76Mio (cm s)-1 • zwei Drittel vµ und vτ: 3,41Mio (cm s)-1 für Ev≥ 5 MeV • SK: Nachweis der Neutrinooszillation durch Messung atmosphärischer Neutrinos (Richtung der einfallenden Neutrinos spielt eine Rolle) • Detektion von 10+ Neutrinos innerhalb weniger Sekunden wenige Stunden, bevor SN1987A ‚sichtbar‘ wurde • Nachweis von Tag-Nacht-Schwankungen, bzw. jahreszeitlichen Schwankungen der gemessenen Neutrinoverteilungen. Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  22. Quellen • „Die Welt der Elementarteilchen“, K. Ford • „Atome, Kerne, Elementarteilchen - Schwache Wechselwirkung und Neutrinos“, Prof. Dr. Helmut Faissner • Proseminar HP Literaturvorlagen • www.astroteilchenphysik.de • www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/index1.html (SK homepage) • www.sno.phy.queensu.ca/sno/ (SNO homepage) Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  23. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  24. SK-Bilder 481MeV vµ -> 394MeV µ- -> 52MeV e- 1063MeV v + p -> 1032 Myon Sonne und Neutrinos - Johann Walter

  25. SK-Bilder durchfliegendes Myon Sonne und Neutrinos - Johann Walter

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