Neutrinos. Ein Vortrag über die Eigenschaften von Neutrinos und Experimenten mit Neutrinos. Autor: Dieter Oellers. Betreuer: Prof.

Transkript

1 Nutrinos Ein Vortrag übr di Eignschaftn von Nutrinos und Exprimntn mit Nutrinos. Autor: Ditr Ollrs Btrur: Prof. Böhm

2 1.Einlitung Dr β-zrfall und di Nutrinohypoths n p p n Bis 1930: Nutrinos unbkannt 1930: Pauli postulirt in witrs Tilchn im β-zrfall, damit Enrgirhaltung und Drhimpulsrhaltung im β-zrfall gltn. Dis mußtn gring Mass und dn Spin ½ habn.

3 2.Nachwis und Eignschaftn dr Elktronnutrinos 2.1 Dirktr Nutrinonachwis nach Rins-Cowan (1953) Invrsr β-zrfall: p n

4 2.2 Mssung dr Hlizität: Goldhabr (1958) 1 = 2 ( J z; Jγ. Vorhr: (Elktron mit l = 0) Nachhr: J z ) 1 = ( ;1) odr 2 1 ( ; 2. z 1)

5 2.2 Mssung dr Hlizität: Vrsuchsaufbau Nutrino und Gamma- Tilchn habn sowohl ntggngstzn Spin als auch ntggngstz Flugrichtung, also glich Hlizität. H ( ) = 1 H ( ) = 1

6 2.3 Paritätsvrltzung: Wu-Exprimnt (1957) L Yang: Noblpris 1957

7 2.4 Das Davis-Exprimnt (1967) Nachwis von Elktronnutrinos. Im Ggnsatz zur Rins-Cowan-Vrsuch wrdn hir di Nutrinos slbr und nicht drn Antitilchn dtktirt. Dabi wurdn di Sonnnnutrinos hauptsächlich aus dm B-Zyklus, di in großr Anzahl auf di Erd trffn übr di Raktion Cl Ar nachgwisn. Davis: Noblpris 2002

8 Sonnnnutrinofluß Dr Nutrinofluß ist abr im Vrglich zum Sonnnmodl um Faktor 2-3 zu nidrig. Mhr dazu im Vortrag übr Nutrino-Oszillationn.

9 3 1 H 3 2 H Tritiumzrfall Zur gnaun Bstimmung dr Nutrinomassn bnutzt man hut dn Tritumzrfall: Zrfallsnrgi von Klin Krnladungszahl ( 18,594 ± 0,008) kv

10 2.5 Massgrnzn für Elktron(anti)nutrinos Di nustn xprimntlln Mssungn für Elktronnnutrinos rgbn in obr Massgrnz von 3V.

11 3. Das Myon µ µ µ µ µ π µ = odr Myonn wurdn im Jahr 1936 in dr kosmischn Strahlung ntdckt und di Mass auf 105,7MV bstimmt. Mit dn Myonn zusammn trtn wi bi dn Elktronn Nutrinos auf. Zum Bispil im Myonzrfall odr im Tauzrfall: Frühr: Hut:

12 = µ? (1962) Um di Frag, ob s vrschidn Nutrinos gibt, odr ob si Idntisch Tilchn sind, wurdn folgnd zwi Gruppn von Raktionn gsucht. n p µ n a µ p n p n Dazu hat man inn Nutrino-Strahl (z.b. am Crn) hauptsächlich aus Myonn rzugt. Disn Strahl bstht also zum Großtil aus Myonnutrinos. (Sih Foli 11) Es sind abr trotzdm inig Elktronnutrinos aus Kaonnzrfall im Strahl vorhandn. = µ Gilt, so ist W(a) = W(b). Gmssn wurd abr W(a) >> W(b). Damit ist indutig nachgwisn, daß. b µ Ldrmann, Schwartz, Stinbrgr: Noblpris 1988 p

13 Nutrino-Strahl

14 Enrgispktrum dr rwarttn Nutrinos

15 Myonnutrinorignis

16 Elktronnutrinorignis: n p

17 4.Di nutraln Ström Langzit hat man in dr schwachn WW nur gladn Ström bobachtt. End dr 60r Jahr wurd di l.-magn. mit dr schwachn WW vrinigt. Dis Thori sagt nutral Ström in dr schwachn WW vorraus, di 1973 mittls folgndr Raktion bobachtt wurd: µ µ Vrglich: Nicht nutralr Strom Glashow, Salam, Winbrg: Noblpris 1979

18 4.Di Entdckung dr nutraln Ström

19 5.Pionn-Zrfall Pionn könnn im Prinzip in zwi vrschidn Kanäl zrfalln. 1. π 2. π µ µ

20 Dr Elktronnkanal ist abr stark untrdrückt: π π µ = ( ± 0.023) 10 4

21 Erklärung dr Elktronnuntrdrückung Dis ist aufgrund dr Erhaltungssätz nicht insichtig. Di Ursach ligt im Spin. Damit Spinrhaltung gilt, müssn di Elktronn/Myonn, obwohl Linkshändig in Hlizität von 1 annhmn. Dis ist für nicht rlativistisch Tilchn, mit inr dutlich größrn Wahrschin lichkit möglich. Di Nutrinos könnn wgn ihrr vrnachlässigbarn Mass ihr Parität nicht ändrn. Di Myonn sind schwrr als di Elktronn und könnn dahr hr ihr Hlizität vrkhrn.

22 6. Das nu Lpton Tau 1975: Entdckung ins witrn Nutrinos: TAU s MV m 15 0,30 0, ,1) (290,6 1777,03 ± = = τ τ τ τ µ τ τ µ τ τ τ

23 Entdckung ds Tau

24 7.Das Taunutrino Am Frmilab hat man mit dm DONUT (Dirkt Obsrvation of NU Tau) in Vrsuch aufgbaut, um folgnd Raktionn fstzustlln: τ τ N τ X ( ) µ or µ τ or τ h τ Dr Tauzrfall ist hirbi gut durch inn Knick in dr Tilchnspur zu rknnn.

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26 8. Dr Zrfall ds Z-Bosons Di Z-Bosonn zrfalln nur übr di Schwach WW und rzugn dabi in Lptonn/Antilptonn- odr Quark/Antiquark-Paar. Z l l ; Z ; Z q Di Vrzwigungsvrhältniss dr inzlnn Kanäl sind aus dr Thori bkannt. Ght man davon aus, daß man all schwrn Lptonn und Quarks knnt, di hir ntsthn könnn und läßt di Anzahl dr Nutrinos als frin Paramtr, so kann man disn aus dm gsamtn Wirkungs - qurschnitts bstimmn. 2m m Z Di Anzahl dr Nutrinos mit rgibt sich somit zu q N = 2,994 ± 0,012

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28 Einig Hinwis: Di Mass für das Elktronnutrino ist aus Massnbstimmungn ds ntsprchndn Antitilchns übrnommn. (Stichwort CPT) m < 240V Di Massn dr andrn bidn Nutrinosortn könnn für Tilchn wi für Antitilchn gnauso gut bstimmt wrdn. ( π ± - Zrfall) Für Antitilchn gltn di glichn Wrt, nur ist di Händigkit jwils rchts.