mono-energetische Neutrinos

Status
Es sind keine weiteren Antworten möglich.

P_E_T_E_R

Aktives Mitglied
Neutrinos sind ja in vielfacher Hinsicht bemerkenswert und berüchtigt.

Zunächst existierten sie für viele Jahrzehnte nur als theoretisches Konstrukt zur Erklärung des Beta-Zerfalls, bis sie schließlich 1956 von Cowan und Reines an einem Kernreaktor experimentell nachgewiesen werden konnten. Den Nobelpreis dafür gab es auch erst vierzig Jahre später, aber nur für Reines, denn sein Kollege Cowan war schon 21 Jahre vorher gestorben ...

Neben dem sog. Elektron-Neutrino aus dem Beta-Zerfall wurden später noch weitere Neutrino-Generationen nachgewisen, welche als Partner von schweren Leptonen wie dem Muon und dem Tau auftreten und deshalb Muon-Neutrino bzw. Tau-Neutrino genannt werden.

Zunächst dachte man, dass Neutrinos keine Masse haben. Aber dann fand man, dass sich die verschiedenen Neutrino-Generationen auf mysteriöse Weise ineinander umwandel können, man spricht von Oszillationen, und das ist nur möglich, wenn sie eine von null verschiedene, wenngleich sehr kleine Masse besitzen. Abgesehen von immer kleineren Limits ist es bis jetzt aber nicht gelungen, eine definitive Masse zu bestimmen.

Die Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie ist so gering, dass sie nur mit erheblichem Aufwand überhaupt nachgewiesen werden können. Kosmische Neutrinos durchdringen ohne weiteres den gesamten Erdball. Um sie nachzuweisen braucht man riesige und massive Detektoren, sehr hohe Teilchenströme, und trotzdem muss man häufig sehr lange auf wenige Ereignisse warten.

Ein besonderer Umstand, den man schon vom Beta-Zerfall kennt, erschwert das Experimentieren noch zusätzlich. Die Neutrinos haben typischerweise ein breites Spektrum von sehr verschiedenen Energien. Mono-energetische Neutrinos existierten bislang allenfalls als Wunschvorstellung, aber nicht tatsächlich. Mit einem Trick ist es nun am Fermilabor gelungen, Muon-Neutrinos einer ganz bestimmten Energie zu erzeugen und nachzuweisen:

First Measurement of Monoenergetic Muon Neutrino Charged Current Interactions

Gewöhnlich erzeugt man Neutrinos an solchen Beschleunigern aus dem Zerfall von unstabilen Teilchen wie Pionen und Kaonen, die ihrerseits in großer Zahl beim Aufprall der beschleunigten Protonen an beliebigen materiellen Targets entstehen. Die Bewegungsenergie der Teilchen überträgt sich dabei auf die Zerfallsprodukte, wobei die dabei entstehenden Neutrinos ein breites und kontinuierliches Spektrum von verschiedenen Energien haben.

Wenn das Elternteilchen, im konkreten Fall ein positives Kaon, in einem hinreichend langen Absorber dabei vollständig abgebremst wird, so dass es nicht im Fluge, sondern im Ruhezustand zerfällt, dann ergibt sich eine Situation, wo das dabei entstehende Neutrino eine fixierte Energie hat. Das positive Kaon (K+) zerfällt in ein positives Muon (μ+) und ein Muon-Neutrino (ν):

K → μ ν

Wenn das Kaon beim Zerfall in Ruhe ist, dann berechnet sich die Energie des Neutrinos (mit der üblichen Konvention c = 1) aus den Massen zu

E_ν = [(M_k)² - (M_μ)²] / [2 M_k]

mit

M_k ~ 494 MeV

M_μ ~ 106 MeV

erhält man dann für die Energie des Neutrinos

E_ν ~ 236 MeV

Da nicht alle Kaonen vollständig abgebremst wurden, bekam man nicht nur diese mono-energetischen Neutrinos, sondern zusätzlich noch einen beträchtlichen kontinuierlichen Untergrund. Immerhin konnte man das Prinzip belegen, was insofern unerwartet war, als man damit gar nicht gerechnet hatte, zumal das Experiment ganz andere Ziele verfolgte.

Blast from the past—First measurement of mono-energetic neutrinos
 
Status
Es sind keine weiteren Antworten möglich.
Oben