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Neutrinooszillation


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Neutrinos sind die leichtesten bekannten Leptonen . Leptonen treten in drei Flavour-Generationen (Teilchen-Arten)
  • Elektron und Elektron-Neutrino
  • Myon und Myon-Neutrino
  • Tauon und Tau-Neutrino
Neutrinoozillationen bezeichnet die Umwandlung von einer Neutrinoart eine andere aufgrund quantenmechanischer Prozesse.

Inhaltsverzeichnis

Solares Neutrinodefizit

Zum ersten Mal wurde über mögliche bei der Entdeckung des solaren Neutrinodefizits diskutiert. entstehen in großer Zahl bei Kernfusionsprozessen im Inneren der Sonne . In den 1960er Jahren begann Raymond Davis mit der Untersuchung des solaren Neutrinostroms einem Elektron-Neutrinodetektor in der Homestake-Mine. Der gemessene entsprach aber lediglich etwa der Hälfte des der Leuchtkraft der Sonne erwarteten Flusses. Da das gut verstanden ist und experimentell mehrfach bestätigt kann dieses Ergebnis als ein "Verschwinden" der gedeutet werden. Aus heutiger Sicht bedeutet dies die Elektron-Neutrinos in Myon-Neutrinos oszilliert sind. Raymond Davis erhielt für das Homestake-Experiment den Nobelpreis in Physik 2002.

Theoretische Grundlage

Hierfür werden zwei Annahmen benötigt. Zum müssen Neutrinos unterschiedliche Massen besitzen zum anderen sollen die Massen-Eigenzustände Neutrinos gegenüber den Wechselwirkungs-Zuständen (analog zur CKM-Mischung Quark -Sektor) vermischt sein. Eine Näherungsformel für die Elektronneutrino nach Myon-Neutrino ist

<math>
 P(\nu_e \rightarrow \nu_\mu) = \sin^2 \left(\frac{\Delta(m^2)L}{4E_\nu} \sin^2 \left(2\Theta_m \right)  
</math>
Hierbei ist <math>L</math> die zurückgelegte Strecke Neutrinos <math>\Theta_m</math> der Mischungswinkel der Flavours und m^2</math> der Massenunterschied der Flavours.

Bei Neutrinooszillationen in Materie tritt der genannte MSW-Effekt auf (benannt nach Stanislav Mikheyev Smirnov und Lincoln Wolfenstein). Dieser verursacht für Elektronendichten und Neutrino-Massendifferenzen in Materie eine resonante der Oszillation.

Neutrinoozillationen bieten einen ersten Einblick in Physik jenseits des Standard-Modells . Nach dem Standardmodell hätten Neutrinos keine insbesondere also keine (quadratischen) Massendifferenzen; zudem würden nur als linkshändige Teilchen auftreten. Sind die jedoch massenbehaftete Teilchen – dies wird gerade Neutrinooszillationen bestätigt – so sind auch rechtshändige möglich. Die elektroschwache Wechselwirkung wirkt nur auf linkshändige Neutrino-Teilchen die Neutrinos würden keiner Wechselwirkung (außer der Gravitation ) unterliegen (sterile Neutrinos WIMPs ).

Experimente

  • Radiochemische Experimente messen den Elektron-Neutrino-Fluss über langen Zeitraum. Man nutzt in solchen Experimenten dass der Beta-Zerfall durch Neutrino-Einfang umgekehrt werden kann. Zum wandelt sich 71Ga durch Einfang eines Elektron-Neutrinos 71Ge unter Emission eines Elektrons um. Diese können dann chemisch nachgewiesen werden.
  • Echzeitexperimente erfassen nicht die Neutrinos selbst ihren Rückstoß-Partner. Dessen Impuls wird über Cerenkov-Strahlung Zu diesen Experimente-Typ gehört der japanische Super-Kamiokande-Detektor 50000t Leicht-Wasser-Target mit mehr als 10000 Photomultipliern der kanadische SNO -Detektor.

Beide Experimententypen bestätigen die Neutrinooszillationen.

Siehe auch: Proton-Proton-Reaktion

Web-Links

http://www.nobel.se/physics/laureates/2002/ http://www.neutrinooscillation.org



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