24.Nov. 2010 - Bad Honnef H.Kolanoski - IceCube-Neutrino-Observatorium 1 Das Neutrino-Observatorium IceCube - was man von den Neutrinos über unser Universum lernen kann Hermann Kolanoski Hermann Kolanoski Humboldt Humboldt - - Universit Universit ä ä t t zu zu Berlin Berlin Kosmische Signale im Südpoleis:
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Das Neutrino-Observatorium IceCubekolanosk/talks/Lehrer_Bad_Honnef_2010_Kolanoski.pdf · 24.Nov. 2010 - Bad Honnef H.Kolanoski - IceCube-Neutrino-Observatorium 3 …für Astronomie,
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24.Nov. 2010 - Bad Honnef H.Kolanoski - IceCube-Neutrino-Observatorium 1
Das Neutrino-Observatorium IceCube
-
was man von den Neutrinos über unser Universum lernen kann
Hermann KolanoskiHermann KolanoskiHumboldtHumboldt--UniversitUniversitäätt
zuzu
BerlinBerlin
Kosmische
Signale
im
Südpoleis:
24.Nov. 2010 - Bad Honnef H.Kolanoski - IceCube-Neutrino-Observatorium 2
Wovon ich erzählen will:–
Die Boten aus dem All:
•
Licht, Mikro-
und Radiowellen, Gamma-Strahlung, .... , •
Kosmische Strahlung und Neutrinos
–
Neutrinos im Leben und Tod von Sternen
–
Neutrinos als
Boten
kosmischer
Beschleuniger
–
Neutrino-Observatorium
IceCube
–
IceCube-Physik: Suche
nach•
Punktquellen: GRB, AGN, SNR, ....•
diffuser Fluss
aus
der
galaktischen
Ebene•
Dunkle
Materie•
....
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EnergienEnergiegrößen:
eV
100
LichtkeV
103
RöntgenMeV 106
KernenergieGeV
109
Gamma-StrahlungTeV
1012
LHC-ColliderPeV
1015
Kosm.Strahlung
(SNR)EeV
1018
Extragal. kosmische Str.....
Wellenlänge:
1 eV
~200 nm
Temperatur:
1 eV
~10000 Kelvin
Masse:
E=mc2
H-Masse etwa 1 GeV/c2
E=mc2
E=kT
x = h/ p
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Temperaturen im Kosmos
~ 100 keV die höchsten thermischen Energien ~ harte Röntgenstrahlung
Oberflächentemperaturen
Kerntemperaturen Fusion
Temp.Gleichgewicht
Schwarzkörper-Strahlung
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Gamma-Strahlung –
Fermi-Experiment
Das „nicht-thermische Universum“
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Kosmische StrahlungViktor Hess 1912
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direkt indirekt
Geladene Kosmische StrahlungTeilchen pro (Fläche Zeit Energie)
Wo werden die höchsten Energien produziert???
LHC
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Kosmische
Beschleuniger
Gamma-Strahlungsausbrüche
Schwarzes
LochSupernova-Rest
Fermi-Beschleunigungan Stoßfronten
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Hillas-DiagrammFragen:
• Wo
werden
die hohen
Energien
erzeugt?
•
Wo
werden
die notwendigen
Bedingungen
erfuellt: B·L gross
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Aktive Galaktische Kerne
Hubble Heritage
Bild von M87 Modell einer AGN
Ursprung
der
HE kosmischen
Strahlung?
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/ TeV
Proton/Kern-oder
ElektronBeschleuniger?
Radio optical
X-ray
GeV
TeVIR UV MeV
Invers- Compton
Synchr.
Elektron-Beschleuniger-Spektrum
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„Hadronische“ Reaktionen
.....00
pn
pNppp
sichtbar in TeV-Gamma-Teleskopenda aber auch eγeγ
(„leptonisch“) 0
Neutrinos eindeutig für „hadronisch“
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Verschlungene und gerade Wege
Geladene Teilchen
Gamma,
Neutrino
Neutrino
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Was sind eigentlich Neutrinos?
Wolfgang Pauli
postulierte
1930 das
Neutrino, um nicht
Energie-
Impuls-Erhaltung
in Neutronzerfall
aufgeben
zu
müssen.
n pe
Neutron Proton + Elektron + Neutrino
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Neutrinos von der
SonneSonne im Neutrino-Licht
4 H 1 He + 2 e+ + 2
+ Energie
in 8 Min. bei
unsin ~ 40000 Jahrenbei
uns
Wasserstoffbrennen
in der
Sonne
Wasserstoff
Helium
p p
e+
n p
p = Proton = H-Kernn = Neutron = Neutrinoe+
= Positron = Anti-e-
pn
= Deuterium2p2n = He-Kern
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Die unsichtbaren
NeutrinosSonne im Neutrino-Licht
65 Milliarden pro cm2 svon
Trillionen
pro Sek.durch
unseren
Körperbleibt
nur1
pro Wochestecken!!
1x pro Woche
Aber:5 Berliner
pro Sekundetrifft
es!!
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Super-Kamiokande
ø=39.3mh=41.4m50 kt
Wasser
Nachweis von Neutrinos
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Neutrinos von SN1987A
7 Jahre später (Hubble)
LichtkurveSupernova SN1987A
… zum
ersten
Mal kosmische
Neutrinos von außerhalb
des Sonnensystems:
• Neutrinos 3 Stunden vor Lichtblitz• Neutrino-Blitz wenige Sekunden lang• 99% der Energie in Neutrinos
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Für
jeden
Geschmack
etwas
Alle 3 ‘Flavors’ treten
z.B. inSupernova-Explosionen
auf
Leptonen
Quarks
Bausteine der Materie
Heute nicht unser ThemaHeute nicht unser Thema
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Atmospherische
Neutrinos
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Zwischenbilanz:
Was haben wir gelernt?• Unerklärte hohe, nicht-thermische Energien
in kosmischer Strahlung
• Wo sind die Beschleuniger?
• Kandidaten: extragallaktische
Objekte wie AGN, GRB, ...?
• Nur hochenergetische Neutrinos eindeutig für Beschleunigungsmechanismus
• Neutrinos sind etwas sehr Alltägliches and Häufiges im Kosmos
• Aber sie sind schwer nachzuweisen
• Andererseits ermöglichen sie tieferen Einblick in dichte Materie
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Nachweis hochenergetischer
Neutrinos von
kosmischen
Beschleunigern?
Ganz
schön
schwierig
Brauchen etwas
• Großes
und • Transparentes
Wasser
oder Eis
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Amundsen
–
Scott Station
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IceCube1000 m
•
86 Strings bis
2450 m tief
•
5160 Optische
Module
•
Instrumentiert: 1 km3
•
Installation: 2005-2011
IceCube
DeepCore
IceTop
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USA: Bartol Research Institute, DelawarePennsylvania State UniversityUC BerkeleyUC IrvineClark-Atlanta UniversityUniversity of MarylandUniversity of Wisconsin-MadisonUniversity of Wisconsin-River FallsLawrence Berkeley National Lab.University of Kansas Southern University and A&M
College, Baton RougeUniversity of Alaska, AnchorageOhio State UniversityUniversity of AlabamaGeorgia Institute of Technology
Sweden:Uppsala UniversitetStockholm Universitet
UK:Oxford University
Belgium:Université Libre de BruxellesVrije Universiteit BrusselUniversiteit GentUniversité de Mons-Hainaut