3. Neutrino-Oszillation⇒ s. Aufschrieb
Übung:
Ein in der Atmosphäre erzeuges positives Pion zerfalle in ein Myon plus Myon-Neutrino (Eν = 1GeV).
a) Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron-Neutrino zudetektieren, wenn νe = νµ = 0.1eV2 . Interpretieren Sie diesesErgebnis physikalisch.
b) Die Massendifferenz sei nun ungleich Null.Wie groß ist die Oszillationslänge wenn νe = 0.173eV undνµ = 0.2eV .
Hinweis: fmMeVc ⋅= 197h
Ausschließungs – Plots
• Annahme: n=2 νe, νµ ↔ ν1, ν2
• 2 unbekannte Parameter: ∆m2 = m1
2 – m22 und sin2(2Θ)
• Oszillationswahrscheinlichkeit:
P(νe → νµ ) = sin22Θ · sin2( )
• KARMEN – Experiment (L = ca. 20m,E < 60MeV) am Rutherford-Lab sieht keinen Hinweis für Oszillationen
⇒ Θ klein⇒ ∆m2 klein
1.27 ∆m2 LE
und/oder
4. Atmosphärische Neutrinos
Nobelpreis 2002Masatoshi Koshiba
),(,
µν
ν
elnlppln
=→
→+
−
⇒ Čerenkov-Licht
Elektron - Myon - Separation
Elektronen werden mehr gestreut als Myonen ⇒ “verschmiertere” Ringe
• Richtungs-Information für hochenergetische Neutrinos: erzeugtes Lepton ist parallel zu Neutrino
• Energie-Information aus Anzahl/Spektrum der erzeugten Čerenkov- Photonen
βnC /1cos =Θ
∆m2 = 3.2·10-3 eV2
sin22Θ = 1.0 (Θ=180° )
∆m2)
4. Sonnen - Neutrinos
• Vorgänge im Sonneninnern (T=16MK) beschrieben durch Standard-Sonnenmodell (SSM, Bahcall et.al.)s. auch http://www.sns.ias.edu/~jnb
• Sonne gewinnt Energie aus thermonuklearer Fusion von Wasserstoff
• Komplizierter Prozess 2 Ketten: pp- , pep- und CNO-Zyklen
1) pp dominiert und relativ gut bekannt (Präzision ca. 1 … 20%)!
2) CNO theoretisch weniger genau bekannt (Absolutbeitrag< ca. 7%)
)7.26(224 4 onAnnihilatieenachEnergieMeVeHep e −+++→ −++ ν
Standard-Sonnenmodell (SSM)
pp - Zyklus pep - Zyklus
Netto: 4p → α 2e+2νe
Sonnen-Neutrino-Spektrum
Log. Skala!
CNC - Zyklus
“hep” - Reaktion
Pionier Raymond Davis Jr., Homestake Experiment
Nobelpreis 2002
Ergebnis:Rexp = 0.34 × SSM
−+→+ ee3737 ArClν
Eν > 814 keV⇒ niederenergetischer Teil des Spektrums wird nicht gemessen, aber v.a. 8B und 7Be-Neutrinos
Radiochemische Methode:Chemische Extraktion der erzeugten Argon-Nuklide und Nachweis über deren radioakt. Zerfall
Seit ≈ 1968615t Chlor-Ethylen-Tank C2Cl4
?!
Solar Neutrino Problem !!
Solar Neutrino Problem• Einheit: 1SNU = 1 Solar Neutrino Unit= 1 Reaktion / 1036 Atome / sec
• Verschiedene Experimente schauennach Neutrinos aus verschiedenen Energiereichen
• Alle Experimente finden Defizit, allerdings unterschiedlicher Größe
Frage:SSM falsch oder verschwindendie Neutrinos auf ihrem Weg von der Sonne zur Erde?
MethodeSSM Erwartung
Super – Kamiokande (s. zuvor!)
• Beobachte Čerenkov-Licht von νe e → νe e - Streuung• Signal sichtbar für Ee ≈ Eν ≈ 5MeV ⇒ 8B - Neutrinos• Anhäufung von Sonnen - Neutrinos bei Θsonne ≈ 0°• 1496 Tage Beobachtungszeit ⇒ ≈ 22 400 Ereignisse im Peak ⇒ ca. 46% des erwarteten SSM - Flusses
hep-Neutrinos!
1996 - 2001
Super – Kamiokande• Suche nach einer Abhängigkeit des Neutrino-Flusses von der Jahreszeit• gefundene Abhängigkeit stimmt gut mit der Fluss-Variation mit der Exzentrität der Erde zur Sonne überein ⇒ keine erhöhte Oszillation aufgrund unterschiedl. Sommer-Winter-Distanz
Super – Kamiokande• Suche nach einem Abhängigkeit des Neutrino-Flusses von der Tageszeit• kein Tag- Nacht- Effekt gefungen ⇒ keine erhöhte Oszillation aufgrund unterschiedl. Fluglänge durch Erde (MSW - Effekt)
2001: Unfall (Implosion Kettenreaktion)ca. 50% der Photomultiplier zerstört!