Paulis neues Teilchen

1. Paulis neues Teilchen Leptonen Beta-Zerfall Ladung-1 Ladung 0 ne e Elektron e-Neutrino m nm Myon m-Neutrino t nt Tauon t-Neutrino * Pa 234 b (Elektron) Th 234 n Neben dem Elektron entsteht ein neutrales, leichtes Teilchen, das die „fehlende Energie“ wegträgt! "Heute habe ich etwas getan, was man in der theoretischen Physik nie tun darf. Ich habe etwas, was nicht verstanden ist, durch etwas erklärt, was man nicht beobachten kann!"

2. Neutrino Nachweis n • Nachweis von Teilchen: • Wechselwirkung von Teilchen mit Materie (Detektor) • Wechselwirkung in Materie hängt stark vom Teilchen ab: • Geladene Teilchen: Ionisation der Materie • Photonen: Energieübertrag auf geladene Teilchen • Neutronen: Kernreaktionen liefern geladene Teilchen Nebelkammer • Neutrinos wechselwirken sehr schwach: • Nur eins von 100 Milliarden Neutrinos aus einem • b-Zerfall bemerkt die Erde. Berechnet 1934: „Hoffnungslos“

3. Neutrinos aus der Sonne • Bekannt: insgesamt abgestrahlte Energie • Bekannt: Energie pro Fusionsprozess • Anzahl der pro s erzeugten Neutrinos! • Auf Erde: 66 Milliarden n pro (cm2 · s1) Proton-Proton-Zyklus pp-Neutrino pep-Neutrino p+p => 2H+e++ne(99%) p+e-+p => 2H+ne (1%) 2H+p => 3He+g hep-Neutrino 3He+3He => 4He+2p (86%) 3He+p =>4He+ne+e+(<<1%) 3He+4He=>7Be+g(14%) 8B-Neutrino 7Be-Neutrino 7Be + e- =>7Li + ne 7Li + p => 2 4He (99%) 7Be + p => 8B + g 8B => 8Be + e++ ne 8Be => 2 4He (1%)

4. Erste Messung der Sonnenneutrinos Inverser Beta-Zerfall („Neutrino-Einfang”) 600 Tonnen Tetrachlorkohlenstoff Homestake Sonnenneutrino- Observatorium (1967-2002) 40 Tage Neutrino Bestrahlung … Erwartet: 60 Atome 37Ar

5. Das Problem der „fehlenden“ Sonnenneutrinos Homestake Chlorine 8B Berechnung des Sonnenneutrinoflusses aus verschiedenen Quellreaktionen CNO 7Be Messungen (1970–1995) John Bahcall 1934 - 2005 Raymond Davis Jr. 1914 - 2006

6. „Neutrino-Verwandlung“ des Rätsels Lösung Detektor Sonne Sonne Detektor

7. Neutrino-Oszillationen Elektron e Myon m Tau t e-Neutrino m-Neutrino t-Neutrino Idee: wenn Neutrinos eine Masse haben, könnten sie sich ineinander umwandeln! ne nm Annahme: Mischung von Veränderung eines Neutrino- strahls mit dem Abstand von der Neutrinoquelle: neundnm Anteil am Strahl Abstand von der Quelle 1998: Nachweis der Oszillation zwischen Myon- und Tau-Neutrinos mit Methode durch Super-Kamiokande (Myon-Neutrinos aus der Atmosphäre)

8. Das solare Neutrino-Problem Vorhersage Exp n2 Alle Neutrinos n1 Vorhersage ne Sonne Seit 4.5 Mrd Jahren Fusion 66 Mrd Neutrinos/s/cm2 Ab 1964: Nachweis im Homestake-Experiment Erwartet: 1,5 Reaktionen/d Gefunden: 0.5 Reaktionen/d Solares Neutrino Problem Ab 1986 Kamiokande: Bestätigt Homestake 2002 SNO-Experiment: Prüft Neutrino-Oszillation Mögliche Erklärung: Neutrino-Oszillation Solares Neutrino Problem Gelöst!

9. Überprüfung der Oszillations-Hypothese für solare Neutrinos p n p p Homestake Bisher: Nachweis nur der Elektron-Neutrinos Kamiokande ) ( unwahrscheinlich, ununterscheidbar SNO: Nachweis verschiedener Neutrino-Sorten durch verschiedene Reaktionen an D2O SNO 2002 Nur Elektron-Neutrino: Nachweis Sudbury Neutrino Observatory, Kanada Mit gleicher Wahrscheinlichkeit für alle Neutrinos: Nachweis 1000t schweres Wasser

10. Neutrinos als astrophysikalische Botschafter Kernreaktoren  Sonne  Supernovae (Kollabierende Sterne) Teilchenbeschleuniger  SN 1987A Erdatmosphäre (Kosmische Strahlung)  Astrophysikalische Beschleuniger Bald ? Erdkruste (Natürliche Radioaktivität)  Urknall des Universums (Heute 330 n/cm3) Indirekte Evidenz