DAS SOLARE NEUTRINO-PROBLEM... und wie man damit umgeht. Peter Steinbach Institut für Kern- und Teilchenphysik TU Dresden

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Hansi Glöckner
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1 DAS SOLARE NEUTRINO-PROBLEM und wie man damit umgeht Peter Steinbach Institut für Kern- und Teilchenphysik TU Dresden

2 Wem kommt das bekannt vor? 2

Sonenatmossphäre = Rückschluss auf Zusammensetzung der Sonne mittlere

3 oder etwas weniger komplex... Fraunhofer Spektrallinien = Absorptionslinien der chemischen Elemente in der Sonenatmossphäre = Rückschluss auf Zusammensetzung der Sonne mittlere Zusammensetzung: Durchmesser: Masse: Kerntemperatur:? 75 % Wasserstoff 23 % Helium 2 % schw. Elemente 1.4 x 106 km 1.98 x 1030 kg 15,7 x 106 K? 3

4 Kernfusionsprozesse I Im Inneren der Sonne KERNFUSION pp-zyklus (Wasserstoff-Brennen) Photonen (Licht) von Kern zur Atmosphäre: 1 Absorption/Emission pp-0 pro 0.1 mm pp-i pp-ii/iii pp-ii (Elektron) pp-iii (Proton) 4

Kernfusionsprozesse II Grundlage β - Zerfall Vorhersage Wolfgang Pauli (1900-1958) Namensgebung Enrico Fermi (1901-1954) Neutrino

3 600 000 000 000 pro 1 cm²) Sehr leicht Elektrisch neutral Existiert in drei Familien (e, μ, τ) 1. Messung: 2. Messung: 3. Messung: C.

5 Kernfusionsprozesse II Grundlage β - Zerfall Vorhersage Wolfgang Pauli ( ) Namensgebung Enrico Fermi ( ) Neutrino (kleines Neutron) Eigenschaften Nimmt an schwacher Wechselwirkung teil (in 1 Minute: ca pro 1 cm²) Sehr leicht Elektrisch neutral Existiert in drei Familien (e, μ, τ) 1. Messung: 2. Messung: 3. Messung: C. Cowan, F. Reines (1956) Beobachtung des inversen Beta-Zerfalls (e-neutrino) Steinberger, Schwartz, Ledermann (1962) Neutrinostrahl (μ-neutrino) DONUT-Kollaboration (τ-neutrino, 2001) 5

6 Was bisher geschah... Die Sonne ist... a) sehr hell, sehr heiß, sehr dicht, sehr undurchsichtig. b) sehr hell, sehr heiß, undicht, sehr undurchsichtig. c) sehr hell, sehr heiß, sehr dicht, durchsichtig wie eine Glasscheibe. In ihrem Kern findet zur Energieerzeugung vorwiegend... a) Kernspaltung und Kernfusion b) nur Kernfusion c) nur Kernspaltung oder ähnliche Hexerei statt. Die Kernfusion im pp-zyklus produziert... a) Helium, schwere Elemente, Strahlung, Neutrinos. b) Helium, schwere Elemente, Strahlung. c) Helium, schwere Elemente. 6

7 Erste Experimente Homestake Mine, South Dakota, USA (Ray Davis, Nobelpreis 2002) 615 t Perchloretylen (C2Cl4) Nachweisreaktion Auslesereaktion 7

8 Erste Ergebnisse Homestake-Experiment: Ergebnisse von erwarteter Neutrinofluss: (7.7 ± 1.2) x pro Atom im Detektor pro Sekunde ~ 1.5 ± 0.6 Atome pro Tag 8

9 Etwas Neues mit Licht Super-KamiokaNDE Kamioka Mine, Japan ( t Wasser, 40m x 40m, PMTs) Messung solarer/atmosphärischer Neutrinos seit

10 Messprinzip Der Cerenkow Effekt vquelle = vschall vquelle >> vschall Elastische Streuung von Neutrinos an Elektronen Elektronen errreichen Geschwindigkeiten mit: Elektron strahlt kurzwellige Photonen ab (viel Energie geht verloren) velektron >> cmedium Cerenkov - Strahlung 10

11 Super-KamiokaNDE Ereignis 11

12 Super-KamiokaNDE Ergebnisse Überschuss der Neutrinosignale kommt von der Sonne nur ~50 % der erwarteten Signale 12

13 Was bisher geschah... Neutrinos wechselwirken zwar schwach, aber man kann Sie mit a) bloßen Augen sehen. b) Cerenkov-Licht und einer Waage messen. c) Cerenkov-Licht oder aufwendigen chemischen Verfahren messen. Die Experimente in Homestake und Kamioka empfingen a) % des erwarteten Neutrinoflusses. b) 100 % des erwarteten Neutrinoflusses. c) % des erwarteten Neutrinoflusses. Die Überzahl der in Kamioka gemessenen Neutrinos stammten a) aus der Atmosphäre. b) von der Sonne. c) vom galaktischen Zentrum. 13

14 Eine neue Idee Bruno Pontecorvo ( ) veröffentlicht 1969 theoretische Abhandlungen über Neutrino-Oszillationen Wahrscheinlichkeit ein Elektron-Neutrino zu messen verhält sich wie eine Oszillation Kurze Wegstrecke Lange Wegstrecke 14

15 Analogie zum gekoppelten Pendel 15

16 Gekoppelte Pendel!Dresdner E LIV Neutrino-Pendelversuch 16

17 Gekoppelte Pendel 17

18 Sudbury Neutrino Observatory Creighton Mine, Sudbury, Ontario, Kanada 2 km u.nn t schweres Wasser (D2O) t leichtes Wasser (H2O) Photomultiplier - Röhren 18

19 SNOSNO Messungen 1. Geladener Strom (CC) 2. Neutraler Strom (NC) 3. Elastische Streuung (ES) 19

20 SNO Ergebnisse 20

21 Letzte Fragen an... SNO steht für a) einen moderne Art des Abfahrtsski. b) eine Partydroge. c) das Sudbury Neutrino Oberservatory in Kanada. Es wurden zu wenig Neutrinos von der Sonne gemessen, weil a) die Sonne keine Neutrinos emittiert. b) Neutrinos zwischen den Zuständen ν, ν, ν oszillieren. e μ τ c) Neutrinos schüchtern sind. Durch meinen Daumennagel fliegen pro Sekunde a) b) c) 0 und sie wechselwirken so schwach, so dass ich nichts merke. 21

22 Zusammenfassung Das Neutrino wurde aus dem β - Zerfall vorhergesagt, 1953 erstmalig gemessen (1967 Homestake von der Sonne) neutrales, sehr leichtes Elementarteilchen wechselwirkt schwach und damit fast gar nicht Das Neutrino von der Sonne entsteht bei Kernfusionsprozessen im Sonnenkern unterliegt Neutrinooszillationen (bestätigt 2003, SNO) erlaubt Einblick ins Sonneninnere, bspw. Φ(ν) ~ TKern25 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 23

24 Wer sich für mehr interessiert... en.wikipedia.org, de.wikipedia.org (GALLEX-Experiment, engl.) (KamiokaNDE-Experiment, engl.) (SNO-Experiment, engl.) (Webliteratur rund um das Neutrino, engl.) (John N. Bahcall Homepage, engl.) (Neutrino-Oszillation-Simulator, engl.) 24

25 Neutrino-Mischung 25

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