Die Prozesse in der Sonne kann man ganz gut verstehen. Den Weg der Fusion kann man beschreiben und weiß daher auch, welche Teilchen dabei entstehen. Dazu gehören auch Neutrinos, und man kann berechnen wieviele Neutrinos man erwartet.
Neutrinos wechselwirken nur über die Schwache Kraft, und man hofft diese Kraft durch sie besser erforschen zu können. Und sowieso – das Neutrino als leichtestes, aber wohl doch nicht ganz massefreies Teilchen kann uns so viel erzählen – über Masse, Kräfte, Symmetrien und sogar über die Zeit ganz kurz nach dem Urknall.

Daher hat man sich also daran gesetzt, Sonnenneutrinos zu fangen. Das ist gar nicht einfach, denn die wechselwirken ja quasi nicht. Es ist fast so, als wenn man eine Dose Erbsen abschütten will in ein Sieb, dem man den Boden herausgeschnitten hat. Da half nur, sehr viele Ziele zur Verfügung zu stellen, also ein großes Detektorvolumen, und so genau zu messen dass man einzelne Neutrinos sieht, die dann ab und zu, vielleicht nur alle paar Tage, mal ein Ereignis machen.

In der ersten Generation beobachtete man also die Neutrinos von der Sonne, und war großartiger Weise nicht dazu in der Lage, so viele Neutrinos zu messen wie man erwartete. Dies wurde an mehreren Detektoren wie Homestake, Gallex, SNO oder Kamiokande bestätigt, es war also ein realer Effekt. Die Lösung: Neutrinos sind Teilchen, die sich ineinander umwandeln können. Auf dem Weg von der Sonne hierher war ein Teil der Elektron-Neutrinos zu Myon-Neutrinos (oder Tau-Neutrinos) geworden. (siehe diesen Vortrag, PDF).
Neutrinos oszillieren zwischen den verschiedenen Arten, was von der MAtrix mit den vielen a, der Maki-Nakagawa-Sakata Matrix, beschrieben wird.

In der zweiten Generation der Experimente, die oft Ausbaustufen der alten Experimente waren, z.B. SuperKamiokande in Japan, beobachtete man Neutrinos aus kosmischer Strahlung, und zwar welche die von oben oder unten (also einmal durch die Erde durch) kamen. Die jetzt erwarteten Oszillationen wurden auch hier gefunden.

Neutrinos nach Hausmacherart

Und jetzt kommen die neuen Experimente – bei denen erzeugt man selbst Neutrinos, indem man an einem Teilchenbeschleuniger auf ein Ziel schießt, und so dass der Neutrinostrahl der entsteht durch die Erde in Richtung eines der Detektoren fliegt. Durch unterschiedliche Entfernungen des Beschleunigers (bzw. der Beschleuniger) vom Detektor kann man so die Oszillationen genauer vermessen.
Das geschieht z.B. vom CERN zum Gran Sasso Laboratory, oder von Brookhaven und vom Fermilab zur Homestake-Mine. Und auch in Japan, vom J-PARC-Protonenbeschleuniger zum SuperKamiokande-Detektor:

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Die T2K-Kollaboration (Tokai-to-Kamioka), eine internationale Kollaboration unter Leitung Japans, die an diesem Experiment arbeitet, hat jetzt verkündet, dass das erste “hausgemachte” Neutrino im SuperKamiokande detektiert worden ist. Wir können uns also auf tolle neue Physik-Ergebnisse in den nächsten Jahren freuen.
Und so sah das Event aus:

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Das Neutrino hat wohl ein Pion erzeugt. Jeder farbige Punkt entspricht einem Detektor, der anspricht. Kamiokande ist rundherum mit Photo-Multipliern ausgestattet, die Teilchen durch ihre Cerenkov-Licht aufspüren. Die zwei Kreise deuten an, dass ein π0 entstanden ist, das schnell in zwei Photonen zerfällt.

Kommentare (7)

  1. #1 Karol Babioch
    02/26/2010

    Was muss man eigentlich tun, um aus der Grafik des Events schlau zu werden :)?

  2. #2 Arnd
    02/26/2010

    Kernphysik studieren 🙂

  3. #3 Jörg
    02/26/2010

    Ne braucht man keine Kernphysik für (wenn dann sowieso Teilchenphysik ;), man muss sich vorstellen dass man in einen großen Behälter hineinsieht, und am Rand sietzen die Detektoren. Von einem schnellen Teilchen geht ein Kegel von Licht aus, der deswegen am Rand als Ring ankommt.
    Vielleicht hilft auch noch das Bild vom SuperKamiokande:

    http://www.kek.jp/intra-e/press/2010/image/T2KfirstEvent1.jpg

  4. #4 Helge
    02/27/2010

    “Was muss man eigentlich tun, um aus der Grafik des Events schlau zu werden :)?”

    … ein paar Dinge wissen, die im Text nicht enthalten sind:
    das Histogramm am rechten Rand ist gleichzeitig eine Zeitskala, sodass man über die Farbcodierung eine Vorstellung bekommen, welche Detektoren in welcher zeitlichen Abfolge getriggert haben. Tscherenkow-Kegel verraten über ihren Öffnungswinkel etwas über die Geschwindigkeit / den Impuls der erzeugten Teilchen und über ihre Mittelachse etwas über die Richtung. Zusammen mit der Zeitinformation kann man den Kollisionsvertex und die Energie rekonstruieren. Die Farbcodierung suggeriert also eine zeitliche Ordnung der Tscherenkowphotonen.

  5. #5 Paul
    03/02/2010

    Okay, was ich an dem Bild jetzt aber nicht verstehe ist:
    wenn da ein \pi^0 in \gamma\gamma zerfällt, dann sind das doch trotzdem noch zwei ungeladene Teilchen. Und Cherenkov-Licht senden doch nur geladene Teilchen aus.
    D.h. die Kegel kommen nicht von den Photonen direkt, sondern von irgendwas, was mit den Photonen weiter passiert ist, oder?

  6. #6 Jörg
    03/02/2010

    @Paul: Stimmt natürlich, vermutlich lösen die Photonen gleich wieder ein Elektron aus, das dann weiterfliegt und Licht macht. Ich find aber nichts auf der SuperK-Homepage – die Sonnenuetrinos wurden anders detektiert.

  7. #7 Helge
    03/04/2010

    @Jörg ich verweise anbei auf http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/physics/pdecay-e.html

    Hochenergetische Gammaquanten verlieren ihre Energie in elektromagnetischen Kaskaden, einen nennenswerten Transversalimpulsanteil sollte es nicht geben, sprich die erzeugten e-/p+-Paare fliegen in Richtung des ursprünglichen Photons (ich hoffe so stimmt es). Auf der Seite wird auch nur eine vereinfachte Darstellung geliefert. Das Interesse am pi0 -> gamma gamma Kanal ist hier maßgeblich durch die Untersuchung eines möglichen Zerfalls freier Protonen gegeben.