neutrinos aus himmel und hölle - max planck society€¦ · atmosphärische neutrino-oszillationen...

Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München

Neutrinos aus Himmel und HNeutrinos aus Himmel und Hölleölle

Neutrinos ausHimmel und HölleNeutrinos ausHimmel und Hölle

Georg RaffeltMax-Planck-Institut für PhysikMünchen

Georg RaffeltMax-Planck-Institut für PhysikMünchen

Physik Modern 6. Nov 2008Ludwig-Maximilians-UniversitätPhysik Modern 6. Nov 2008Ludwig-Maximilians-Universität


Periodensystem der ElementarteilchenPeriodensystem der Elementarteilchen

QuarksQuarks LeptonenLeptonen

Ladung +2/3 Ladung +2/3

Up Up

Ladung Ladung −−1/3 1/3

Down Down

Ladung Ladung −−1 1

Elektron Elektron

Ladung Ladung 00

ee--Neutrino Neutrino ννeeeedduu

NeutronNeutron

ProtonProton


Periodensystem der ElementarteilchenPeriodensystem der Elementarteilchen



Up Up


Down Down


Elektron Elektron

Ladung Ladung 00

ee--Neutrino Neutrino ννeeeedduu

NeutronNeutron

ProtonProton



Up Up

Charm Charm

Top Top

Gravitation Gravitation

Schwache WechselwirkungSchwache Wechselwirkung

Starke Wechselwirkung Starke Wechselwirkung

Elektromagnetische WechselwirkungElektromagnetische Wechselwirkung


Down Down

Strange Strange

Bottom Bottom


Elektron Elektron

Myon Myon

Tauon Tauon

Ladung Ladung 00

ee--Neutrino Neutrino

μμ--Neutrino Neutrino

ττ--Neutrino Neutrino ννττ

ννμμ

ννeeee

μμ

ττ

dd

ss

bb

uu

cc

tt

1. Familie1. Familie

2. Familie 2. Familie

3. Familie3. Familie


Wo treten Neutrinos in der Natur auf?Wo treten Neutrinos in der Natur auf?

AstrophysikalischeAstrophysikalischeBeschleuniger Beschleuniger Bald ?Bald ?

Urknall des Universums Urknall des Universums (Heute 330 (Heute 330 νν/cm/cm33))

Indirekte EvidenzIndirekte Evidenz

KernreaktorenKernreaktoren

TeilchenbeschleunigerTeilchenbeschleuniger

ErdatmosphErdatmosphäreäre(Kosmische Strahlung)(Kosmische Strahlung)

SonneSonne

SupernovaeSupernovae(Kollabierende Sterne)(Kollabierende Sterne)

SN 1987ASN 1987A

Erdkruste Erdkruste (Natürliche (Natürliche Radioaktivität)Radioaktivität)


Hans Bethe (1906Hans Bethe (1906−−2005, Nobelpreis 1967)2005, Nobelpreis 1967)Thermonukleare Reaktionsraten (1938)Thermonukleare Reaktionsraten (1938)

Neutrinos aus der SonneNeutrinos aus der Sonne

Sonnenabstrahlung: 98 % LichtSonnenabstrahlung: 98 % Licht2 % Neutrinos2 % Neutrinos

Hier 66 Milliarden Neutrinos/cmHier 66 Milliarden Neutrinos/cm22 secsec

ReaktionsReaktions--kettenketten

EnergieEnergie26.7 MeV26.7 MeV

HeliumHelium


Sonnenbrille für Neutrinos?Sonnenbrille für Neutrinos?

Eine Bleischicht der Dicke von Eine Bleischicht der Dicke von mehreren Lichtjahren nmehreren Lichtjahren nöötigtig

Bethe & Peierls 1934Bethe & Peierls 1934„ … dies bedeutet, dass man offen„ … dies bedeutet, dass man offen--sichtlich niemals in der Lage sein sichtlich niemals in der Lage sein wird, ein Neutrino zu beobachten.”wird, ein Neutrino zu beobachten.”

8.3 Lichtminuten8.3 Lichtminuten


Erster Nachweis (1954Erster Nachweis (1954−−1956)1956)

Fred ReinesFred Reines(1918(1918−−1998)1998)

Nobelpreis 1995Nobelpreis 1995

Clyde CowanClyde Cowan(1919(1919−−1974)1974)

DetektorDetektor--PrototypPrototyp

AntiAnti--Elektron Elektron NeutrinosNeutrinosvom vom Hanford Hanford KernreaktorKernreaktor

3 Gammas3 Gammasin Koinzidenzin Koinzidenzeνeν ppp

nnn CdCdCd

e+ee++ e-ee-- γγγ

γγγ

γγγ


Inverser BetaInverser Beta--ZerfallZerfall(„Neutrino(„Neutrino--Einfang”)Einfang”)

600 Tonnen600 TonnenTetrachlorkohlenstoffTetrachlorkohlenstoff

Homestake SonnenneutrinoHomestake Sonnenneutrino--Observatorium (1967Observatorium (1967−−2002)2002)

Erste Messung der SonnenneutrinosErste Messung der Sonnenneutrinos


PhysikPhysik--Nobelpreis 2002 für NeutrinoNobelpreis 2002 für Neutrino--AstronomieAstronomie

Ray Davis Jr.Ray Davis Jr.(1914(1914−−2006)2006)

Masatoshi KoshibaMasatoshi Koshiba(*1926)(*1926)

„für Pionierbeiträge zur Astrophysik, insbeson„für Pionierbeiträge zur Astrophysik, insbeson--dere für den Nachweis kosmischer Neutrinos”dere für den Nachweis kosmischer Neutrinos”


Tscherenkow EffektTscherenkow EffektTscherenkow Effekt

WasserWasser

Streuung oderStreuung oderReaktionReaktion

Neutrino

NeutrinoLichtLicht

LichtLicht

TscherenkowTscherenkowRingRing

Elektron oder MyonElektron oder Myon(Geladenes Teilchen)(Geladenes Teilchen)


SuperSuper--Kamiokande Neutrino DetektorKamiokande Neutrino Detektor

42 m42 m

39.3 m39.3 m


SuperSuper--Kamiokande: Sonne im NeutrinolichtKamiokande: Sonne im Neutrinolicht


SuperSuper--Kamiokande: Sonne im NeutrinolichtKamiokande: Sonne im Neutrinolicht

JahreszeitWinkel relativ zur Sonne


John BahcallJohn Bahcall1934 1934 −− 20052005

Raymond Davis Jr.Raymond Davis Jr.1914 1914 −− 20062006

Das Problem der „fehlenden” SonnenneutrinosDas Problem der „fehlenden” Sonnenneutrinos

HomestakeHomestake

ChlorineChlorine

77BeBe

88BB

CNOCNO

Messungen (1970Messungen (1970 –– 1995)1995)

Berechnung desBerechnung desSonnenneutrinoflussesSonnenneutrinoflussesaus verschiedenenaus verschiedenenQuellreaktionenQuellreaktionen


SonneSonne

DetektorDetektor

SonneSonne DetektorDetektor

„Neutrino„Neutrino--Verwandlung” des Rätsels LösungVerwandlung” des Rätsels Lösung


„Fehlende Sonnenneutrinos” in vielen Experimenten„Fehlende Sonnenneutrinos” in vielen Experimenten

HomestakeHomestake

77BeBe

88BB

CNOCNO

ChlorChlor

Gallex/GNOGallex/GNOSAGESAGE

CNOCNO

77BeBe

pppp

88BB

GalliumGallium

ElektronElektron--Neutrino DetektorenNeutrino Detektoren

(Super(Super--))KamiokandeKamiokande

88BB

WaterWaterννee++ ee−−→→ ννee++ ee−−

SNOSNO

88BB

ννee++ dd→→pp ++ pp ++ ee−−Schweres WasserSchweres Wasser

88BB

νν ++ dd →→ pp ++ nn ++ ννSchweres WasserSchweres Wasser

Alle FlavorsAlle Flavors

SNOSNO

88BB

WasserWasserνν + + ee−−→→ νν + + ee−−


NeutrinoNeutrino--OszillationenOszillationen

ZweiZwei--Flavor MischungFlavor Mischung ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛νν

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛θθ−θθ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛νν

μ 2

1ecossinsincos

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛νν

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛θθ−θθ

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛νν

μ 2

1ecossinsincos

Bruno PontecorvoBruno Pontecorvo(1913(1913−−1993)1993)Erfinder derErfinder der

Neutrino OszillationenNeutrino Oszillationen

Jeder Masseneigenzustand propagiert mitJeder Masseneigenzustand propagiert mit

wobei wobei

ipzeipze

E2m

EmEp2

22 −≈−=E2

mEmEp

222 −≈−=

zE2

m2δ zE2

m2δDer Phasenunterschied bewirkt OszillationenDer Phasenunterschied bewirkt Oszillationen

OszillationsOszillations--LängeLänge ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

δ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

δ

π2

2

2 m

eVMeV

Em5.2

m

E4⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

δ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

δ

π2

2

2 m

eVMeV

Em5.2

m

E4

sinsin22(2(2θθ))

Wahrscheinlichkeit fWahrscheinlichkeit fürür ννee →→ ννμμ

zz


Oszillation von Reaktorneutrinos in KamLANDOszillation von Reaktorneutrinos in KamLAND

KamLANDKamLANDSzintillatorSzintillator--DetektorDetektor(1000 t)(1000 t)

Oszillationsmuster fOszillationsmuster für Elektronür Elektron--AntiAnti--NeutrinosNeutrinosals Funktion der Energie bei festem Abstandals Funktion der Energie bei festem Abstand


AtmosphAtmosphäärische Neutrinorische Neutrino--OszillationenOszillationen

SuperSuper--KamiokandeKamiokandemisst Neutrinoflussmisst Neutrinoflussabhabhäängig vomngig vomZenitwinkelZenitwinkel


AtmosphAtmosphäärische Neutrinorische Neutrino--OszillationenOszillationen

SuperSuper--KamiokandeKamiokandemisst Neutrinoflussmisst Neutrinoflussabhabhäängig vomngig vomZenitwinkelZenitwinkel

Zenitwinkelverteilung der atmosphärischenZenitwinkelverteilung der atmosphärischenNeutrinos in SuperNeutrinos in Super--KamiokandeKamiokande

Die HDie Hälfte der Myonälfte der Myon--NeutrinosNeutrinosvon unten fehlenvon unten fehlen


Japanisches „LongJapanisches „Long--Baseline (LBL)” Experiment K2KBaseline (LBL)” Experiment K2K

K2KK2KExperimentExperiment(KEK to (KEK to Kamiokande)Kamiokande)

bestbestäätigttigtatmosphatmosphärischeärischeNeutrinoNeutrino--OszillationenOszillationen


GegenwGegenwärtigeärtige LongLong--Baseline ExperimenteBaseline Experimente

FermiLabFermiLab––Soudan (MINOS)Soudan (MINOS) CERN CERN –– Gran SassoGran Sasso


Dunkle Energie 73%Dunkle Energie 73%(Kosmologische Konstante)(Kosmologische Konstante)

NeutrinosNeutrinos0.10.1−−2%2%

DunkleDunkleMaterie 23%Materie 23%

Normale Materie 4%Normale Materie 4%(davon nur ca. 10%(davon nur ca. 10%leuchtend) leuchtend)

Gewogen und zu leicht befundenGewogen und zu leicht befundenGewogen und zu leicht befunden


SonnenSonnen--NeutrinoNeutrino--SpektrumSpektrum

77--Be Linie von Be Linie von Borexino (seit 2007) Borexino (seit 2007) gemessengemessen

Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität MünchenGeorg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Tag der offenen Tür, MPI für Physik, München, 13. Okt. 2007

Physik im UntergrundPhysik im Untergrund

Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität MünchenGeorg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Tag der offenen Tür, MPI für Physik, München, 13. Okt. 2007

Physik im UntergrundPhysik im Untergrund

•• UnterdrUnterdrückung von Störsignalenückung von Störsignalengrundlegend für Neutrinogrundlegend für Neutrino--MessungenMessungen

•• Abschirmung kosmischer StrahlungAbschirmung kosmischer Strahlungin Untergrundlaborsin Untergrundlabors

Gran Sasso Untergrundlabor (Italien)Gran Sasso Untergrundlabor (Italien)


SonnenSonnen--NeutrinoNeutrino--Spektroskopie mit BorexinoSpektroskopie mit Borexino


SonnenSonnen--NeutrinoNeutrino--Spektroskopie mit BorexinoSpektroskopie mit Borexino

•• NeutrinoNeutrino--ElektronElektron--StreuungStreuung•• FlFlüssigüssig--SzintillatorSzintillator--TechnikTechnik

(~ 300 Tonnen)(~ 300 Tonnen)•• Niedrige EnergieschwelleNiedrige Energieschwelle

(~ 60 keV)(~ 60 keV)•• In Betrieb seit 16. Mai 2007In Betrieb seit 16. Mai 2007

•• Erwartetes Signal ohneErwartetes Signal ohneOszillationenOszillationen75 75 ±± 4 4 counts/100t/dcounts/100t/d

•• Erwartet mit OszillationenErwartet mit Oszillationen49 49 ±± 4 4 counts/100t/dcounts/100t/d

•• BOREXINO (Mai 2008)BOREXINO (Mai 2008)49 49 ±± 33statstat ±± 44syssys cnts/100t/dcnts/100t/darXiv:0805.3843 (25. Mai 2008)arXiv:0805.3843 (25. Mai 2008)


Helioseismologie: Sonne als pulsierender SternHelioseismologie: Sonne als pulsierender Stern

• Schwingungen der Sonne sind Schallwellen (p-Moden),• Stochastische Anregung durch Konvektionsströme• Mehr als 105 Moden (5-Minuten Oszillationen)• Innerer Umkehrpunkt hängt stark von der Knotenzahl ab• Erlaubt Rekonstruktion des Dichte- und Temperaturprofils


Dopplergramm der ganzen SonnenscheibeDopplergramm der ganzen Sonnenscheibe


Sonnenmodell mit alten und neuen ElementhSonnenmodell mit alten und neuen Elementhäufigkeitenäufigkeiten

SchallgeschwindingkeitSchallgeschwindingkeit DichteprofilDichteprofil

•• Spektroskopisch neu bestimmte ElementhäufigkeitenSpektroskopisch neu bestimmte Elementhäufigkeiten::Theoretische und seismische Sonnenmodelle weichen stark voneiTheoretische und seismische Sonnenmodelle weichen stark voneinander abnander ab

•• Wo liegt der Fehler?Wo liegt der Fehler?

•• Neutrinomessungen der seltenen CNO Reaktionen kann die HNeutrinomessungen der seltenen CNO Reaktionen kann die Häufigkeitäufigkeitvon Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Prinzip bestimmvon Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Prinzip bestimmenen


CNO Zyklus des WasserstoffbrennensCNO Zyklus des Wasserstoffbrennens

O168O168 F17

9F179

O178O178

(p,(p,γγ)) (p,(p,γγ))

+e+eeνeν

(p,(p,αα))

(p,(p,γγ))C126C126 N13

6N136

C136C136 N14

7N147 O15

8O158

N157N157

+e+eeνeν

(p,(p,γγ)) (p,(p,γγ))

+e+eeνeν

He4He4

(p,(p,αα))


Geoneutrinos: Worum geht es?Geoneutrinos: Worum geht es?

Wir wissen erstaunlich wenig Wir wissen erstaunlich wenig überüberdas Innere der Erdedas Innere der Erde

•• Tiefstes Bohrloch ~ 12 kmTiefstes Bohrloch ~ 12 km

•• Proben der Kruste fProben der Kruste für chemischeür chemischeAnalyse vorhanden (z.B. Vulkane)Analyse vorhanden (z.B. Vulkane)

•• Aus seismischen MessungenAus seismischen MessungenRekonstruktion des DichteprofilsRekonstruktion des Dichteprofils

•• WWärmefluss aus gemessenenärmefluss aus gemessenenTemperaturgradienten 30Temperaturgradienten 30−−44 TW44 TW(Erwartung aus kanonischem BSE(Erwartung aus kanonischem BSEModell ~ 19 TW aus Kruste undModell ~ 19 TW aus Kruste undMantel, nichts aus dem Kern)Mantel, nichts aus dem Kern)

•• Neutrinos entweichen Neutrinos entweichen ungehindertungehindert

•• Tragen Information über die chemische Zusammensetzung, radioaktTragen Information über die chemische Zusammensetzung, radioaktive ive Energieproduktion oder sogar einen hypothetischen Reaktor im Energieproduktion oder sogar einen hypothetischen Reaktor im ErdzentrumErdzentrum


Erwartete GeoneutrinoErwartete Geoneutrino--FlFlüüssesse

S. Dye, Talk 5/25/2006S. Dye, Talk 5/25/2006BaltimoreBaltimore


GeoneutrinosGeoneutrinos

Erwarteter GeoneutrinoErwarteter Geoneutrino--FlussFluss

ReaktorReaktor--HintergrundHintergrund

KamLAND SzintillatorKamLAND Szintillator--Detektor (1000 t)Detektor (1000 t)


KamLAND GeoneutrinoKamLAND Geoneutrino--MessungMessung

•• Erste vorlErste vorläufige Geoneutrinoäufige Geoneutrino--Messung durchMessung durchKamLAND in 2005 (~ 2KamLAND in 2005 (~ 2--SigmaSigma--Effekt)Effekt)

•• Schwierig wegen des ReaktorhintergrundsSchwierig wegen des Reaktorhintergrunds(Reaktorneutrinos sind Hauptzweck von(Reaktorneutrinos sind Hauptzweck vonKamLAND wegen Neutrinooszillationen)KamLAND wegen Neutrinooszillationen)


NeutrinoNeutrino--Monitor fMonitor für Kernreaktorenür Kernreaktoren

San Onofre KernreaktorSan Onofre Kernreaktor(Kalifornien)(Kalifornien)

•• 3.43.4 GWGW thermischethermische LeistungLeistung

•• Produziert ~ Produziert ~

•• 3800 Neutrino3800 Neutrino--ReaktionenReaktionenpro Tag in 1 mpro Tag in 1 m3 3 FlFlüssigüssig--szintillatorszintillator

Rea

ctor

Pow

er (%

)

-20

0

20

40

60

80

100

Date06/2005 10/2005 02/2006 06/2006 10/2006

Det

ecte

d A

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eutr

inos

per

day

0

100

200

300

400

500

Predicted rate Reported powerObserved rate, 30 day average

Cycle 14Cycle 13outage

Cycle 13

NeutrinoNeutrino--MessungenMessungenMit SONGS1Mit SONGS1--Detektor (1mDetektor (1m33 Szintillator)Szintillator)

sec10 e21ν sec10 e21ν

•• Mit relativ kleinen Detektoren kMit relativ kleinen Detektoren können Reaktorenönnen Reaktoren“von au“von außenßen” genau ” genau überwacht werdenüberwacht werden

•• Interessant für Nuklearüberwachung durchInteressant für Nuklearüberwachung durchInternationale AtomenergiekommissionInternationale Atomenergiekommission??


IAEAIAEA

N.Bowden, Neutrino 2008


Applied Antineutrino Physics 2007Applied Antineutrino Physics 2007


Sanduleak Sanduleak −−69 20269 202

GroGroßße Magellan’sche Wolke e Magellan’sche Wolke Abstand 50 kpcAbstand 50 kpc(160.000 Lichtjahre)(160.000 Lichtjahre)

Tarantel NebelTarantel Nebel


Sanduleak Sanduleak −−69 20269 202

GroGroßße Magellan’sche Wolke e Magellan’sche Wolke Abstand 50 kpcAbstand 50 kpc(160.000 Lichtjahre)(160.000 Lichtjahre)

Tarantel NebelTarantel Nebel

Supernova 1987ASupernova 1987A23. Februar 198723. Februar 1987


Supernova Neutrinos 20 Jahre nach SN 1987ASupernova Neutrinos 20 Jahre nach SN 1987A


Crab NebulaCrab Nebula


Crab NebulaCrab Nebula

Cluster of Excellence:Origin and Structure of the Universe


Roter RieseRoter Riese

HeliumHelium--BrennenBrennen

WasserstoffWasserstoff--BrennenBrennen

HauptreihensternHauptreihenstern


Sternkollaps und SupernovaSternkollaps und Supernova--ExplosionExplosion


Roter RieseRoter Riese

HeliumHelium--BrennenBrennen


HauptreihensternHauptreihenstern


ZwiebelschalenstrukturZwiebelschalenstruktur

Entarteter EisenkernEntarteter Eisenkernρρ ≈≈ 101099 g cmg cm−−33

T T ≈≈ 101010 10 KKMMFeFe ≈≈ 1.5 M1.5 MSonneSonneRRFeFe ≈≈ 8000 km8000 km

Kollaps (Implosion)Kollaps (Implosion)



Kollaps (Implosion)Kollaps (Implosion)ExplosionExplosionNeugeborener NeutronensternNeugeborener Neutronenstern

~ 50 km~ 50 km

ProtoProto--NeutronensternNeutronensternρρ ≈≈ ρρnucnuc == 33 ××10101414 g cmg cm−−33

T T ≈≈ 30 MeV30 MeV

Neutrino Neutrino KKühlungühlung



Neugeborener NeutronensternNeugeborener Neutronenstern

~ 50 km~ 50 km

ProtoProto--NeutronensternNeutronensternρρ ≈≈ ρρnucnuc == 33 ××10101414 g cmg cm−−33

T T ≈≈ 30 MeV30 MeV

Neutrino Neutrino KKühlungühlung

GravitationsGravitations--BindungsBindungs--EnergieEnergie

EEbb ≈≈ 3 3 ×× 10105353 erg erg ≈≈ 17% M17% MSonne Sonne cc22

Dies zeigt sich als Dies zeigt sich als 99% Neutrinos99% Neutrinos

1% Kinetische Explosionsenergie1% Kinetische Explosionsenergie(1% davon in Kosm. Strahlung) (1% davon in Kosm. Strahlung)

0.01% Licht, heller als Muttergalaxie0.01% Licht, heller als Muttergalaxie

NeutrinoNeutrino--LeuchtkraftLeuchtkraft

LLνν ≈≈ 3 3 ×× 10105353 erg / 3 secerg / 3 sec≈≈ 3 3 ×× 10101919 LLSonneSonne

Energieumsatz grEnergieumsatz größer als der desößer als der desrestlichen sichtbaren Universumsrestlichen sichtbaren Universums



NeutrinoNeutrino--Signal der Supernova 1987ASignal der Supernova 1987A

Innerhalb der ZeitunsicherheitInnerhalb der Zeitunsicherheitgleichzeitige Signalegleichzeitige Signale

Kamiokande (Japan)Kamiokande (Japan)WasserWasser--TscherenkowTscherenkow--DetektorDetektor2140 Tonnen2140 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit ±±1 min1 min

IrvineIrvine--MichiganMichigan--Brookhaven (US)Brookhaven (US)WasserWasser--TscherenkowTscherenkow--DetektorDetektor6800 Tonnen6800 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit ±±50 ms50 ms

Baksan Szintillator TeleskopBaksan Szintillator Teleskop(Soviet Union), 200 Tonnen(Soviet Union), 200 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit +2/+2/--54 s54 s


GroGroßeße Detektoren fDetektoren füür Supernovar Supernova--NeutrinosNeutrinos

SuperSuper--Kamiokande (10Kamiokande (1044))KamLAND (400)KamLAND (400)

MiniBooNEMiniBooNE(200)(200)

In Klammern Zahl der EreignisseIn Klammern Zahl der Ereignisseffür eine ür eine “typische Supernova”“typische Supernova”im Abstand von 10 kpcim Abstand von 10 kpc

LVD (400)LVD (400)Borexino (100)Borexino (100)

IceCube (10IceCube (1066))

BaksanBaksan(100)(100)


SSuperuperNNova ova EEarly arly WWarning arning SSystem (SNEWS)ystem (SNEWS)

NeutrinoNeutrino--Detektoren geben FrühwarnungDetektoren geben Frühwarnungfür eine bevorstehende Supernovaexplosionfür eine bevorstehende Supernovaexplosionin unserer Milchstrain unserer Milchstraßeße(ein paar Stunden)(ein paar Stunden)

KoinzidenzKoinzidenzServer Server @ BNL@ BNL

SuperSuper--KK

AlarmAlarm

Others ?Others ?

LVDLVD

IceCubeIceCube

http://snews.bnl.govhttp://snews.bnl.govastroastro--ph/0406214ph/0406214

Supernova 1987ASupernova 1987AFrFrühe Lichtkurveühe Lichtkurve


Simuliertes SupernovaSimuliertes Supernova--Signal fSignal fürür SuperSuper--KamiokandeKamiokande

Simulation eines SuperSimulation eines Super--Kamiokande SNKamiokande SN--Signals (10 kpc),Signals (10 kpc),basierend auf einem numerischen Modell (Livermore)basierend auf einem numerischen Modell (Livermore)[Totani, Sato, Dalhed & Wilson, ApJ 496 (1998) 216][Totani, Sato, Dalhed & Wilson, ApJ 496 (1998) 216]

AkkretionsAkkretions--PhasePhase

KelvinKelvin--HelmholtzHelmholtzKKühlphaseühlphase


Standing Accretion Shock Instability (SASI)Standing Accretion Shock Instability (SASI)Mezzacappa et al., http://www.phy.ornl.gov/tsi/pages/simulationsMezzacappa et al., http://www.phy.ornl.gov/tsi/pages/simulations.html.html


LAGUNA LAGUNA -- Approved FP7 Design StudyApproved FP7 Design Study

LLarge arge AApparati for pparati for GGrand rand UUnification and nification and NNeutrino eutrino AAstrophysicsstrophysics(see also arXiv:(see also arXiv:0705.01160705.0116))


LAGUNA KollaborationLAGUNA Kollaboration

EU Finanzierung (1.7 Mio Euro) zur Evaluierung verschiedener StaEU Finanzierung (1.7 Mio Euro) zur Evaluierung verschiedener Standortendortefür ein mögliches europäisches großskaliges Neutrinofür ein mögliches europäisches großskaliges Neutrino--ObservatoriumObservatorium


Kosmische Strahlung („Höhenstrahlung”)Kosmische Strahlung („Höhenstrahlung”)



Victor Hess (1911)Victor Hess (1911)



Luftschauer:Luftschauer:101019 19 eV primäres Teilchen eV primäres Teilchen 100 Milliarden sekundäre 100 Milliarden sekundäre Teilchen auf Meereshöhe Teilchen auf Meereshöhe



Victor Hess (1911)Victor Hess (1911)

Luftschauer:Luftschauer:101019 19 eV primäres Teilchen eV primäres Teilchen 100 Milliarden sekundäre 100 Milliarden sekundäre Teilchen auf Meereshöhe Teilchen auf Meereshöhe

Woher kommtWoher kommtdie primdie primäreäre

kosmische Strahlungkosmische Strahlung? ?


Globales Spektrum der kosmischen StrahlungGlobales Spektrum der kosmischen Strahlung


NeutrinoNeutrino--Strahlen: Himmel und ErdeStrahlen: Himmel und Erde

0π0π ±π±π

γγ

pp

μνμ μνμ

μννee μννee

τμνννe τμνννe

Target:Target:Protonen oder PhotonenProtonen oder Photonen

Vergleichbare FlVergleichbare Flüsse vonüsse vonPhotonen und NeutrinosPhotonen und Neutrinos

Gleiche Flüsse allerGleiche Flüsse allerFlavors durchFlavors durchOszillationenOszillationenF. Halzen (2002)


Kern der Aktiven Galaxie NGC 4261 Kern der Aktiven Galaxie NGC 4261


IceCube Neutrino Teleskop am SIceCube Neutrino Teleskop am Südpolüdpol

•• 1 km1 km33 antarktisches Eisantarktisches Eismit Photosensoren instrumentiertmit Photosensoren instrumentiert

•• 40 Trossen von 80 installiert (2008)40 Trossen von 80 installiert (2008)•• Fertigstellung bis 2011 geplantFertigstellung bis 2011 geplant


ScottScott--AmundsenAmundsen--Station am SStation am Süüdpoldpol


NeutrinoNeutrino--Himmel von AMANDA (2000Himmel von AMANDA (2000−−2006)2006)

IceCube Collaboration, arXiv:0809.1646 (Sept. 2008) IceCube Collaboration, arXiv:0809.1646 (Sept. 2008)

6595 Neutrinos aus n6595 Neutrinos aus nördlichen Richtungen, von AMANDA registriert ördlichen Richtungen, von AMANDA registriert (2000(2000−−2006)2006)Vor allem atmosphVor allem atmosphärische Neutrinos, noch keine astrophysikalischen Quellenärische Neutrinos, noch keine astrophysikalischen Quellen


ANTARES ANTARES –– Neutrinoteleskop im MittelmeerNeutrinoteleskop im Mittelmeer


ANTARES ANTARES –– Neutrinoteleskop im MittelmeerNeutrinoteleskop im Mittelmeer

FertiggestelltFertiggestellt2008 2008


Leuchtende Lebewesen der TiefseeLeuchtende Lebewesen der Tiefsee


KomplementaritKomplementarität ät zwischen zwischen Mittelmeer und SüdpolMittelmeer und Südpol


Drei MittelmeerDrei Mittelmeer--PilotprojektePilotprojekte

2500 m2500 m

3500 m3500 m 4500 m4500 m

AntaresAntares NemoNemo


Auf dem Weg zu einem kmAuf dem Weg zu einem km33 Detektor im MittelmeerDetektor im Mittelmeer

http://www.km3net.orghttp://www.km3net.org


Neutrinos als astrophysikalische BotschafterNeutrinos als astrophysikalische Botschafter

AstrophysikalischeAstrophysikalischeBeschleuniger Beschleuniger Bald ?Bald ?

Urknall des Universums Urknall des Universums (Heute 330 (Heute 330 νν/cm/cm33))

Indirekte EvidenzIndirekte Evidenz

KernreaktorenKernreaktoren

TeilchenbeschleunigerTeilchenbeschleuniger

ErdatmosphErdatmosphäreäre(Kosmische Strahlung)(Kosmische Strahlung)

SonneSonne

SupernovaeSupernovae(Kollabierende Sterne)(Kollabierende Sterne)

SN 1987ASN 1987A

Erdkruste Erdkruste (Natürliche (Natürliche Radioaktivität)Radioaktivität)

neutrinos aus himmel und hölle - max planck society€¦ · atmosphärische neutrino-oszillationen...

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