Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Freitag, 7. Februar 2020

Wie sag ichs meinem Alien? Teil 10: Wenn Neutrinos baden gehen

Ich empfehle, bevor man weiter liest, die alten Posts zu diesem Thema noch mal anzusehen. Wir brauchen jetzt die C-, P-, T-Symmetrie und die Neutrinoeigenschaften.
Wenn wir jetzt von Neutrinos sprechen, sind diese immer linkshändig, die Antineutrinos sind immer rechtshändig.

Wiederholung: Neutrinos kommen in verschiedenen Eigenzuständen vor, je nach dem was ich mit ihnen mache:

Flavour-Eigenzustände:
Bei Wirkungen über die schwache Kraft sind das die Zustände Elektronenneutrino EN, Myonenneutrinio MN und Tauneutrino TN bzw. die Antizustände AEN, AMN und ATN.

Massenzustände: Bei der Ausbreitung spielen die Massen eine Rolle, es gibt drei Massenzustände N1, N2, N3 bzw. die Antizustände: AN1, AN2, AN3.

Neutrinooszillationen:
Die Flavour-Eigenzustände sind Überlagerungen der Massenzustände. Wir beobachten Schwebungen (wegen der ähnlichen Massen), d.h. in einem Neutrinostrahl wechseln die messbaren Flavour-Eigenzustände (Neutrinooszillationen). Das alles steht in den früheren Posts...

Wenn die CP-Symmetrie (Teilchen, Antiteilchen vertauschen und  Spiegelbild nehmen) gilt, dann müssen diese Oszillationen vollkommen identisch sein, egal ob ich Neutrinos oder Antineutrinos beobachte.

Das zu messen ist eine unglaubliche Herausforderung, denn Neutrinos können ohne Wechselwirkung durch die Erde fliegen, ja sogar eine 11 Lichtjahre dicke Betonwand durchdringen...trotzdem, sind Billiarden von Neutrinos beteiligt, hat man immer bei einigen wenigen eine Wechselwirkung mit dem Detektor, so dass man die Neutrinoeigenschaften zumidnest indirekt finden kann.

Wie kann man diese Neutrinos nachweisen?

Man jagt sie durch riesige Mengen an reinstem schweren Wasser, tief abgeschirmt von anderen Strahlungsquellen tief im Gebirge.
Dann können folgende Reaktionen mit dem Wasser auftreten (Neutronen n und Protonen p sind im Wasser vorhanden):

EN + n → Elektron + p
MN + n → Myon(-) + p

AEN + p → Positron(+) + n
AMN + p → Myon(+) + n

Die Elektronen, Positronen und beide Myonensorten fliegen mit fast Lichtgeschwindigkeit durch dasWasser und erzeugen Tscherenkovstrahlung (auch Cherenkovstrahlung geschrieben) (so eine Art Überlichtblitz, vergl. Überschallknall bei Schall). Diese Strahlung kann man mit empfindlichen Messgeräten (Photomultiplier PMT) messen und dabei die Teilchensorte feststellen.
Auf diese Art kann man durch die charakteristische Tscherenkovstrahlung genau feststellen, aus welchen Neutrinosorten der ankommende Strahl besteht.
Dieses unglaubliche Experiment ist vor wenigen Jahren in Japan gemacht worden. Darüber im nächsten Post.

Bild: japanisch-netzwerk.de

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