Upload
leonhardt-gerfen
View
104
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
AKTUELLE EXPERIMENTE UND ERGEBNISSE ZUR NEUTRINO-OSZILLATIONFlorian SchneiderSeminar Astro- und Teilchenphysik
19. Januar 2009
INHALT
Historie der Neutrinophysik Theoretische Überlegungen zur Neutrino-
Oszillation im Vakuum Atmosphärische Neutrinos
Super Kamiokande Solare Neutrinos
Chlorexperiment von Ray Davis
Super Kamiokande
Sudbury Neutrino Observatory Reaktor Neutrinos
Double ChoozAktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
ECKDATEN DER NEUTRINO PHYSIK
1930 Pauli Postuliert Neutrino
1956 Cowan & Reines Experimenteller nachweis von Elektronantineutrinos
1957/58 Wu, Goldhaber Pariätsverletzung, ν´s sind linkshändig
1962 Lederman, Schwarz, Steinberger
Nachweis μ-Neutrinos
seit 1970 Davis,… Defizit Solarer Neutrinos
1987 Kamiokande Nachweis von SN1987a Neutrinos
1998 Super-Kamiokande Nachweis Oszillation atmosphärischer ν
2000 Donut Nachweis τ-Neutrinos
2001,2002 SNO + Super-K, Gallex Nachweis Oszillation solarer Neutrinos
2002 KamLAND Bestätigung Oszillation solarer Neutrinos
2006 K2K, Minos Bestätigung Oszillation atmosphärischer ν
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
PAULI´S POSTULAT
1914 β- Zerfall:
YAZ 1XAZ
Erwartetes Spektrum im Vergleich zum beobachteten
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
PAULI´S POSTULAT
1930 Pauli postuliert das Neutrino:
Neutrino ist neutral; hat Spin ½; ist sehr leicht oder gar masselos
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
PAULI´S POSTULAT
ν wird zusätzlich zu dem e- während dem β- Zerfall emittiert
XAZYAZ 1
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
EXPERIMENTELLER NEUTRINONACHWEIS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
1956: Cowan und Reines
Antineutrinoquelle:Savannah River Reaktor (USA)
nepe
Versuchsanordnung:Wassertanks A,B befinden sich zwischen den Detektoren I,II,III
Signalverzögerung zwischen Neutron und Positron Abtrennen Untergrund
ee MevE 51,0
NEUTRINOS IM TEILCHENZOO
12 Fermionen6- linkshändige Dublets
9- rechtshändige Singulets
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
LeptonenL
e
e
L
L
QuarksL
d
u
Lb
t
Ls
c
RRRRRRRRR btscdue ,,,,,,,, (keine in SM)R
NEUTRINO OSZILLATION
Quantenmechanik – Wellenbeschreibungfreie stabile Teilchen
Wahrscheinlichkeitsamplitude propagiert Wellenförmig in Raum-Zeit:
Teilchen 1 habe zur Zeit am Ort die Amplitude
am Ort
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
xptEietx 0,0,
E kp
2k
0,010t 0xLx
LptEietL 10,0, 11
NEUTRINO OSZILLATIONzwei Teilchen mit Massen , und gleicher Energie starten Phasengleich bei , in gleiche Richtung
Phasen am Ort
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
1m 2m0x 0t
Lx
LptEietL 10,0,1
10,0 ie
LptEietL 20,0,2
LppLptEie 2110,0
Lppii ee 2110,0
NEUTRINO OSZILLATIONfür
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
mE 22
221
221 mEmEpp
E
mE
E
mE
22
22
21
E
mm
2
21
22
E
m
2
2
2
1 22 0,0,
mE
Lii eetL
NEUTRINO OSZILLATIONAnnahme: 1) , werden in schw. Wechselwirkung erzeugt
2) , sind Mischungen von
Masseneigenzuständen , mit den Massen ,
entsprechend:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
e e
1 2 1m 2m
21 sincos e
21 cossin
sincos1 e
cossin2 e
NEUTRINO OSZILLATIONZur Zeit wird ein erzeugt. Propagation der Masseneigenzustände , . Nach Flugstrecke L haben beide einen Phasenunterschied .
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
0t e1 2
21222mm
E
Lii ee
e ?1
2
Quelle Propagation Nachweis
NEUTRINO OSZILLATIONWahrscheinlichkeitsamplitude, dass am Ort ein vorliegt:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Lx
LtA e 0
21 isec
cssescc ei
e
122 ie
i ecsesc
0
1 iecs
coscsins
NEUTRINO OSZILLATION
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
0
222222sin2sin
2sin2sin1
L
LecstAW i
e
2
220 5,24
eVmMeV
Em
m
EL
Wahrscheinlichkeit, dass am Ort ein vorliegt.Lx
0
22 sin2sinL
L
Einführung einer Oszillationslänge 0L
NEUTRINO OSZILLATIONVakuum Oszillation für 2 Neutrinoflavours:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
NEUTRINO OSZILLATIONJetzt 3 Neutrinosorten:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
ee
3
1
2
Quelle Propagation Nachweis
3
2
1
Ue
UU 1
i
iiU 3,2,1i ,,e
*
iii UU
NEUTRINO OSZILLATION
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
100
0
0
0
010
0
0
0
001
1212
1212
1313
1313
2323
2323 cs
sc
ces
esc
cs
scUi
i
Mit und , , ijijs sin ijijc cos 2,1i 3,2j
3 Masseparameter3 Mischungswinkel1 Dirac-Phase
223
2121 ,, mmm
231312 ,,
NEUTRINO OSZILLATIONAmplitude für Übergang nach Strecke L:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
LA 0
LU ii
i 0
i
iii
ieUU *
NEUTRINO OSZILLATIONWahrscheinlichkeit, dass ein in ein übergeht:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
i ij
ijijiii
ijeUUUUUU **2* Re2
2
* i
iii
ieUU
2
AW
Mittelwert Oszillationsterm
NEUTRINO OSZILLATIONATMOSPHÄRISCHER NEUTRINOSErster Beweis
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Wechselwirkung kosmischer Strahlung in der äußeren Atmosphäre
SUPER KAMIOKANDEATMOSPHÄRISCHE NEUTRINOS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
50000t Wasser Cherenkov Detektor
Höhe: 40m
Ø: 40m
11146 Photomultiplier
Kamioka-Mine, Japan
1000m unter der Erde
SUPER KAMIOKANDE
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
n
1cos 42
Cherenkov Kegel:•Energie•Richtung•e/µ-Unterscheidung
SUPER KAMIOKANDE
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Observable:
MonteCarloe
Datene
NN
NN
R
08,005,065,0 R
gemessen:
- Defizit
SUPER KAMIOKANDE
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
µ: scharfer Ring e: unscharfen Ring(vielfach Streuung, Em Schauer)
SUPER KAMIOKANDE
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Energie-abhängiger Defizit „aufsteigen-der“ µ-Neutrinos
NEUTRINO OSZILLATIONSOLARE NEUTRINOS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
eeHep 224 4 )7,26( MeV
NEUTRINO OSZILLATIONSOLARE NEUTRINOS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
CHLOREXPERIMENT VON RAY DAVISSOLARE NEUTRINOS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Exposition von 380 m3 flüssigem Perchlorethylen (C2Cl4) in der Homestake-Mine (USA)
eArCle3737 MeVEs 814,0
sensitiv ab 7Be-Neutrinos
Messzeit: 1970-1994: 108 ZyklenResultat: Neutrinoereignisse pro Tag
042,0482,0
SNUR 22,056,2ˆ
SNURSSM 0,30,8
Aus Sonnenmodell erwartet
SUPER KAMIOKANDESOLARE NEUTRINOS
Solare Neutrinos:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
kommen von der Sonnee
06,003,049,0exp SSMR
R
ee ee
SUDBURY NEUTRINO OBSERVATORY SNOSOLARE NEUTRINOS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Creighton Mine 2000 m unter der ErdeSudbury, Ontario, Canada
1000t D2O
9500 Photomultiplier
Acryl Behälter Ø 12m
Innerer Schirm, 1700t H2O
Äußerer Schirm,5300t H2O
Verifiziert durch Salt Phase
SUDBURY NEUTRINO OBSERVATORY SNO
Nachweis solarer 8B-Neutrinos
Folgend in Einheiten 106 cm-2s-1:
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
eppdexx npd
ee xx
(CC)
(NC)
(ES)
81,001,105,5
SSM
09,009,0
05,006,076,1
CC
12,012,0
23,024,039,2
ES
43,046,0
43,044,009,5
NC
ee
eCC
154,0eES
eNC
09,009,0
05,006,076,1
e
SSMe
43,046,0
43,044,009,5
45,048,0
45,045,041,3
DOUBLE CHOOZREAKTORNEUTRINOS
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Reaktor disappearance Experiment:•3 flavour Neutrino Oszillation•Suche nach θ13
Chooz:
Double Chooz:
e
2,02sin 132
03,002,02sin 132
ERGEBNISSE DER EXPERIMENTE
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider
Atmosphärische Neutrinos:(SK,…)
Beschleuniger Neutrinos:(K2K, MINOS)
Solare Neutrinos:(Homestake, Gallex, Sage, SK, SNO)
Reaktor Neutrinos:(KamLAND, CHOOZ,…)
-Oszillation
3
2
1
Ue
03,004,012
2 86,02sin
254,03,0
212 100,8 eVm
92,02sin 232
23223 100,39,1 eVm
19,02sin 132
0jm
QUELLENBerger, Elementarteilchenphysik, Springer
Simonyi, Kulturgeschichte der Physik
http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/index-e.html
http://www.sno.phy.queensu.ca/
http://doublechooz.in2p3.fr/
Physikal Review D 74, 032002 (2006)
arXiv:nucl-ex/0309004 v1 6 Sep 2003
arXiv:hep-ex/0606025 v4 30 Oct 2006
http://www.astroteilchenschule.physik.uni-erlangen.de/schule2007/index.html
http://pdg.lbl.gov/
Aktuelle Experimente und Ergebnisse zur Neutrino-Oszillation Florian Schneider