Hauptseminar: „Schlüsselexperimente der Elementarteilchenphysik“
Sudbury Neutrino Observatory (SNO)
Benjamin Kehrer04.07.2008
Inhalt
Einführung
Neutrinoquellen
Solare Neutrinos
Das solare Neutrinoproblem
Der SNO-Detektor
Ergebnisse
Die Zukunft von SNO: SNO+
Wo?
Sudbury (Ontario, Kanada)
Creigthon-Mine
2070 m unter der Erde
Was?
Wasser-Cherenkov-Detektor
Untersuchung der solaren Neutrinos
Wann?
1984: Vorschlag und Gründung der
Kollaboration
1999 – 2006: Messungen (3 Phasen)
seither: Rück- und Umbau
SNO: Wo? Was? Wann?
Neutrinoquellen
künstlich
Reaktoren
Beschleuniger
natürlich
Atmosphäre
Supernovae
Sonne
Die Sonne
thermonukleare Fusion zu He4
2 Prozessketten
pp-Kette
CNO-Zyklus
Standard-SonnenModell
Druck
Temperatur
νe-Fluss
Solare Neutrinos Energiespektrum
Solare Neutrinos frühere Experimente
Homestake νe + Cl37 ---> Ar37 + e-
Rexp=0,34 RSSM
GALLEX / SAGE νe + Ga71 ---> Ge71 + e-
Rexp = 0,53 RSSM (GALLEX) Rexp= 0,56 RSSM (SAGE)
Kamiokande νx + e- ---> νx + e-
φexp = 0,49 φSSM
Solare Neutrinosfrühere Experimente
Homestake νe + Cl37 ---> Ar37 + e-
Rexp=0,34 RSSM
GALLEX / SAGE νe + Ga71 ---> Ge71 + e-
Rexp = 0,53 RSSM (GALLEX) Rexp= 0,56 RSSM (SAGE)
Kamiokande νx + e- ---> νx + e-
φexp = 0,49 φSSM
Homestake νe + Cl37 ---> Ar37 + e-
Rexp=0,34 RSSM
GALLEX / SAGE νe + Ga71 ---> Ge71 + e-
Rexp = 0,53 RSSM (GALLEX) Rexp= 0,56 RSSM (SAGE)
Kamiokande νx + e- ---> νx + e-
φexp = 0,49 φSSM
Solare Neutrinosfrühere Experimente
Das solare Neutrinoproblem
Homestake
GALLEX
SAGE
Kamiokande
νe-Flusszu klein!!
SSM
Das solare NeutrinoproblemErklärungsversuche
astrophysikalische Effekte
SSM mit Unsicherheiten behaftet
Zentraltemperatur richtig ?
Korrekte Wirkungsquerschnitte ?
keine Erklärung
Neutrino-Oszillationen
Neutrinos sind nicht masselos
Flavourumwandlungen
νe <---> νµ,τ
Neutrino-Oszillationen
Masse ǂ Flavoureigenzustand
jenseits des Standardmodells
Neutrinos nicht
mehr masselos
Neutrino-Oszillationen
P (νe ---> νe)
Der MSW-Effekt
Mikheyev Smirnov Wolkenstein
Wechselwirkung der ν mit Elektronen in der Sonne
geänderte Parameter
von Elektronendichte
Ne abhängig
m 1,2 ---> m 1,2 m
ν 1,2---> ν 1,2 m
ϴ ---> ϴm
Der MSW-Effekt
Elektronendichte Ne = 0
ϴm= ϴ
ν2m=ν2
= νe sinϴ+νµcosϴ
Ne hoch
ϴm ~ 90°
νe ~ ν2m adiabatisch
Resonanz, ϴm =45°
„Flavourflip“
Der MSW-Effekt
P (νe ---> νe)
Der Detektor Wasser-Cherenkov-Detektor
H20 + D20
Neutrino-Deuteron-
Reaktionen möglich!
Daten:
2070m u.d. Erde
µ-Untergrund
vernachlässigbar
7300 t H20
1000 t D20
9600 PhotoMultiplier Tubes
Der Detektor
Der DetektorNachweisreaktionen
elastische Elektron-Neutrino -Streuung (ES)
ν-Richtung
geladener Strom (CC)
νe-Fluss
νe-Energie
neutraler Strom (NC)
gesamter ν-Fluss
Der DetektorNachweisreaktionen
elastische Elektron-Neutrino -Streuung (ES)
ν-Richtung
geladener Strom (CC)
νe-Fluss
νe-Energie
neutraler Strom (NC)
gesamter ν-Fluss
Der DetektorNachweisreaktionen
elastische Elektron-Neutrino -Streuung (ES)
ν-Richtung
geladener Strom (CC)
νe-Fluss
νe-Energie
neutraler Strom (NC)
gesamter ν-Fluss
Messung
Datenaufbereitung
Cherenkov-Licht:
Ort
Richtung
Intensität
9600PMTs 9 pdf
CC
NC
ESEnergie
Richtung
Ort
Datenaufbereitung
Beispiel: pdf für cosϴsun
CC ES NC
Datenaufbereitung
Winkelverteilung für CC, NS + ES
Die 3 Messphasen
Phase I (Nov. 99 – Mai 01)
reines D20
Phase II (Juli 01 – Sept. 01)
D20 + 2 t NaCl
Cl35 + n ---> Cl36 + γ
Phase III (Okt. 04 – Dez. 06)
NCD-Zählern im D20
n + He3 ---> H3 + p + 764 keV
n-Einfangs-WQ
0,0005 b
x107
5000 b
Die 3 Messphasen
Phase I (Nov. 99 – Mai 01)
reines D20
Phase II (Juli 01 – Sept. 01)
D20 + 2 t NaCl
Cl35 + n ---> Cl36 + γ
Phase III (Okt. 04 – Dez. 06)
NCD-Zählern im D20
n + He3 ---> H3 + p + 764 keV
Die 3 Messphasen
Phase I (Nov. 99 – Mai 01)
reines D20
Phase II (Juli 01 – Sept. 01)
D20 + 2 t NaCl
Cl35 + n ---> Cl36 + γ
Phase III (Okt. 04 – Dez. 06)
NCD-Zählern im D20
n + He3 ---> H3 + p + 764 keV
Ergebnisse
Neutrinofluss [106 cm-2 s-1]
φCC (SNO) = 1,76 ± 0,10
φNC (SNO) = 5,09 ± 0,62
φES (SNO) = 2,39 ± 0,26
Variablentransformation:
φ (νe) = 1,76 ± 0,10
φ (νµ,τ) = 3,41 ± 0,65
φSSM (νe,µ,τ) = 5,05 ± 1,3
Ergebnisse
Solare Neutrinos
nicht nur νe
Gesamtfluss im Einklang mit dem
SSM
Neutrinos oszillieren!
Ergebnisse
Solare Neutrinos:
nicht nur νe
Gesamtfluss im Einklang mit dem
SSM
Neutrinos oszillieren!
Lösung des Solaren Neutrinoproblems!
Ergebnisse
Δm2 = 4,57 x 10-5 eV2
Θ=33,7°
Ausblick auf SNO+
•D20 durch Aerogel ersetzt
• Suche nach dem neutrinolosen Doppel-β-Zerfall
Majorana-Neutrinos?
• pep-Neutrinos
• CNO-Neutrinos
• Geoneutrinos
Quellen
SNO-Homepage: http://www.sno.phy.queensu.ca/
Dr. A. Denig: VL-Skript: „Teilchenphysik für Fortgeschrittene“
Prof. G. Drexlin: VL-Skript „Astroteilchenphysik II“
N. Schmitz: Buch „Neutrinophysik“
N. Schmitz: VL „Neutrinophysik“
S. Boelzle: Vortrag „Neutrino-Oszillationen und der MSW-Effekt“
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