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Wdh. Kaon-Physik letzte Vorlesung:
2 Sorten von CP-Verletzung (KL → 2π)
Indirekt (∆S=2) Direkt (∆S=2)
CP - Verletzung im direkten Zerfallder neutralen Kaonen in 2 Pionen, parametrisiert durch Parameter ε’
{Streuung
derPhase
iI
iI
I
I
eAKA
eAKA
−
⋅=→
⋅=→
ππ
δ
δ
π
π*0
0
)2(
)2(
Übergänge 2.Ordnung in der schwachen WW zwischen K0
und K0, parametrisiert durchParameter ε
00 )1()1( KKKS ⋅++⋅+∝ εε00 )1()1( KKKL ⋅+−⋅+∝ εε
)()( 0000 KKAKKA →≠→
Bedingung für CP-Verletzung:
Effekt. Hamiltonian für Mischung,Bed. CP-Verletzung: arg(M12/Γ12) ≠0
*II AA ≠
Aber Phasenfreiheit, exakte Formulierung:arg (A0 / A2) ≠ 0
Bed. CP-Verletzung:
'2)()(
')()(
00
00
00 εεππππη
εεππππη
−=→→
=
+=→→
= −+
−+
−+
S
L
S
L
KAKA
KAKA
Falls η+- nicht identisch mit η00 , so ist bewiesen, dass es einedirekte CP-Verletzung gibt und somit ist eine mögliche superschwacheWW als Erklärung für die CP-Verletzung ausgeschlossen.
Doppelverhältnis = )/'(61)(/)()(/)( 00002
00
εεππππππππ
ηη
ℜ−=→→→→
= −+−+−+
SL
SL
KNKNKNKN
Experimente: NA48 (CERN) Pure KL and KSKTeV (Fermilab) Regeneration KS from KL
KLOE/DAΦNE (Frascati) e+e- → φ → KS KLCPLEAR p p → K+π-K0 oder K-π+K0
} ε’ ≠ 0
1. Vorlesung Neutrino-Physik3. 12. 2003
Dr. Achim [email protected]
Inhalt
1. Kurzer geschichlicher Überblick2. Allgemeines 3. Neutrino-Oszillationen4. Atmosphärische Neutrinos5. Sonnenneutrinos6. Sonstiges
1. Kurzer geschichlicher Überblick
1931 W.Pauli postuliert die Existenz von Neutrinos im β-Zerfall, da einkontinuierliches Energiespektrum der Elektronen gemessen wurde
1953-56 Entdeckung (Cowan&Reines)
1956 Helizität H(ν)=-1 und Helizität H(ν)=+1
1956 Majorana schlägt vor ν = ν , genannt Majorana-Neutrinobis heute noch nicht geklärt !
1962 Entdeckung des Myon-Neutrinos νµ
1968 Erste Messung der Sonnen-Neutrinos, nur ca. 50% der erwartetenIntensität (Davis et.al., Homestake-Mine)
1972 Entdeckung der neutralen Ströme (CERN)
nepe+→ν
XNundee µµµµ νννν →→ −−
XeXN −− →→ µν µ
1975 Insdirekte Entdeckung des Tau-Neutrinos ντ
1990 Anzahl leichter Neutrinos Nν = 3 aus Messung der leptonischenZerfallsbreite des Z0 am LEP (CERN)ΓZ = Γhadr + Γl+l- + Nν • Γνν
1998 Super-Kamiokande (Japan) beweist mν≠0 aus Messung der atmosphärischen Neutrino-Flüsse; Neutrino-Oszillationen⇒ diese Vorlesung
2000 Donut (Fermilab) Dirkter Nachweis des Tau-Neutrinos ντ
2001 SNO (Kanada) löst Sonnen-Neutrino-Problem Neutrino-Oszillationen⇒ nächste Vorlesung
XN −→τντ
Zukunft: Long-Baseline-Experimente in Japan, USA und EuropaReaktor-Neutrino-Experimente KAMLAND (Japan)
2. Allgemeines
Es existieren 3 Arten von Neutrinos ( “flavors” )Zusammen mit Elektron, Myon und Tau ⇒ 3 Lepton-FamilienSM: Übergänge innerhalb der Familien ⇒ Leptonzahlerhaltung
XeXN −− →→ µν µ
Im SM: Masse(ν) = 0aber: keine Bedingung aufgrund einer Eichinvarinz-Forderungwie im Falle des Photons
Masse (ν) ≈ 1…10MeV ⇒ Kandidaten für Dunkle Materie
Haben Neutrinoseine Masse???
Neutrinomassen - Grenzen:
Wichtig!
Neutrino-Kopplungen im Standardmodell:
Keine weitere Kopplungen im Standardmodell, d.h. Neutrinos sinddie einzigen Fermionen im Standardmodell, die NUR AN DERSCHWACHEN WECHSELWIRKUNG teilnehmen⇒ Extrem kleine Wirkungsquerschnitte, z.b. σ ≈ 10-38 cm-2 @ 1GeV
Erzeugung von Neutrinos:
• Sonne - 85% aus Kernfusionsreaktion pp H2e+νe- insgesamt 2·1038 Neutrinos pro Sekunde- auf der Erde kommen 40 ·109 Neutrinos pro cm2 pro Sekunde an- Energien bis 20MeV
• Kosmische StrahlungProtonen ww. mit Materie Pionen Myonen Elektronen
• Teilchenbeschleuniger- Ladungsseparation Pionen möglich- Energien bis O (100GeV)
• Kernreaktoren- Neutronen-Zerfall, man erreicht ca. 5 ·1020 Neutrinos pro Sekunde - Energien ca. 4 MeV
• Sonstiges- Natürliche Radioaktivität- Kosmische “Beschleuniger” (z.B. Supernovae)- Kosmische Neutrino Hintergrundstrahlung ( Ausfrieren aus thermodyn. Gleichgewicht,
T ≈1.9K, 330/cm3)
Bild
Übung:
An einem Teilchenbeschleuniger werden Protonen auf ein Targetgeschossen und es entstehen positiv und negativ geladene Pionen.Mit Hilfe eines Magnetfeldes werden die positiven Pionen heraus=separiert und diese zerfallen nach und nach in positive Myonen und Positronen plus den zugehörigen Neutrinos.Welche Neutrino-Arten werden somit erzeugt?
µνµπ ++ →Antwort:
µννµ ee++ →
L(νµ) = 0 = +1 -1
L(νµ) = +1 = 0 + 0 + 1
!, erzeugtundwerdenEs e µµ ννν