Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München Neutrinos aus Himmel und H Neutrinos aus Himmel und H ölle ölle Neutrinos aus Himmel und Höll Georg Raffelt Max-Planck-Institut für Physik München Physik Modern 6. Nov Ludwig-Maximilians-Univers
Neutrinos aus Himmel und H ölle. Physik Modern 6. Nov 2008 Ludwig -Maximilians-Universit ät. Neutrinos aus Himmel und Hölle. Georg Raffelt Max - Planck-Institut für Physik München. Periodensystem der Elementarteilchen. Quarks. Quarks. Leptonen. Leptonen. Ladung +2/3. - PowerPoint PPT Presentation
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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 Raffelt Max-Planck-Institut für Physik München
Georg Raffelt Max-Planck-Institut für Physik München
Physik Modern 6. Nov 2008Ludwig-Maximilians-UniversitätPhysik Modern 6. Nov 2008Ludwig-Maximilians-Universität
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Periodensystem der ElementarteilchenPeriodensystem der Elementarteilchen
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
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
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Erster Nachweis (1954Erster Nachweis (19541956)1956)
Fred ReinesFred Reines(1918(19181998)1998)
Nobelpreis 1995Nobelpreis 1995
Clyde CowanClyde Cowan(1919(19191974)1974)
Detektor-PrototypDetektor-Prototyp
Anti-Elektron Anti-Elektron NeutrinosNeutrinosvom vom Hanford Hanford KernreaktorKernreaktor
3 Gammas3 Gammasin Koinzidenzin Koinzidenzee pppp
nnnn CdCdCdCd
ee++ee++ ee--ee--
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Homestake Sonnenneutrino-Homestake Sonnenneutrino- Observatorium (1967Observatorium (19672002)2002)
Erste Messung der SonnenneutrinosErste Messung der Sonnenneutrinos
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Physik-Nobelpreis 2002 für Neutrino-Physik-Nobelpreis 2002 für Neutrino-AstronomieAstronomie
Ray Davis Jr.Ray Davis Jr.(1914(19142006)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”
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Oszillationsmuster fOszillationsmuster für Elektronür Elektron-Anti-Neutrinos-Anti-Neutrinosals Funktion der Energie bei festem Abstandals Funktion der Energie bei festem Abstand
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
K2KK2KExperimentExperiment(KEK to (KEK to Kamiokande)Kamiokande)bestbestäätigttigtatmosphatmosphärischeärischeNeutrinoNeutrino--OszillationenOszillationen
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Dunkle Energie 73%Dunkle Energie 73%(Kosmologische Konstante)(Kosmologische Konstante)
NeutrinosNeutrinos 0.10.12%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 befundenGewogen und zu leicht befunden
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Sonnen-Neutrino-SpektrumSonnen-Neutrino-Spektrum
7-Be Linie von 7-Be Linie von Borexino (seit Borexino (seit 2007) gemessen2007) gemessen
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 Störsignalen grundlegend für Neutrinogrundlegend für Neutrino-Messungen-Messungen• Abschirmung kosmischer StrahlungAbschirmung kosmischer Strahlung in Untergrundlaborsin Untergrundlabors
Gran Sasso Untergrundlabor (Italien)Gran Sasso Untergrundlabor (Italien)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Sonnen-Neutrino-Spektroskopie mit Sonnen-Neutrino-Spektroskopie mit BorexinoBorexino
• Neutrino-Elektron-StreuungNeutrino-Elektron-Streuung• FlFlüssigüssig-Szintillator-Technik-Szintillator-Technik (~ 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 ohne OszillationenOszillationen
75 75 ± 4 ± 4 counts/100t/dcounts/100t/d• Erwartet mit OszillationenErwartet mit Oszillationen
49 ± 349 ± 3statstat ± 4 ± 4syssys cnts/100t/dcnts/100t/d arXiv:0805.3843 (25. Mai 2008)arXiv:0805.3843 (25. Mai 2008)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
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
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Dopplergramm der ganzen SonnenscheibeDopplergramm der ganzen Sonnenscheibe
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Sonnenmodell mit alten und neuen Sonnenmodell mit alten und neuen ElementhElementhäufigkeitenäufigkeiten
• Spektroskopisch neu bestimmte ElementhäufigkeitenSpektroskopisch neu bestimmte Elementhäufigkeiten:: Theoretische und seismische Sonnenmodelle weichen stark voneinander abTheoretische und seismische Sonnenmodelle weichen stark voneinander ab
• Wo liegt der Fehler?Wo liegt der Fehler?
• Neutrinomessungen der seltenen CNO Reaktionen kann die HNeutrinomessungen der seltenen CNO Reaktionen kann die Häufigkeitäufigkeit von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Prinzip bestimmenvon Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Prinzip bestimmen
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
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 chemische Analyse vorhanden (z.B. Vulkane)Analyse vorhanden (z.B. Vulkane)• Aus seismischen MessungenAus seismischen Messungen Rekonstruktion des DichteprofilsRekonstruktion des Dichteprofils• WWärmefluss aus gemessenenärmefluss aus gemessenen Temperaturgradienten 30Temperaturgradienten 3044 TW44 TW (Erwartung aus kanonischem BSE(Erwartung aus kanonischem BSE Modell ~ 19 TW aus Kruste undModell ~ 19 TW aus Kruste und Mantel, nichts aus dem Kern)Mantel, nichts aus dem Kern)
• Tragen Information über die chemische Zusammensetzung, radioaktive Tragen Information über die chemische Zusammensetzung, radioaktive Energieproduktion oder sogar einen hypothetischen Reaktor im ErdzentrumEnergieproduktion oder sogar einen hypothetischen Reaktor im Erdzentrum
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
• Erste vorlErste vorläufige Geoneutrinoäufige Geoneutrino-Messung durch-Messung durch KamLAND in 2005 (~ 2-Sigma-Effekt)KamLAND in 2005 (~ 2-Sigma-Effekt)• Schwierig wegen des ReaktorhintergrundsSchwierig wegen des Reaktorhintergrunds (Reaktorneutrinos sind Hauptzweck von(Reaktorneutrinos sind Hauptzweck von KamLAND wegen Neutrinooszillationen)KamLAND wegen Neutrinooszillationen)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrino-Monitor fNeutrino-Monitor für Kernreaktorenür Kernreaktoren
San Onofre KernreaktorSan Onofre Kernreaktor(Kalifornien)(Kalifornien)
pro Tag in 1 mpro Tag in 1 m3 3 FlFlüssig-üssig- szintillatorszintillator
Rea
cto
r P
ow
er
(%)
-20
0
20
40
60
80
100
Date
06/2005 10/2005 02/2006 06/2006 10/2006
Dete
cte
d A
nti
ne
utr
ino
s p
er
da
y
0
100
200
300
400
500
Predicted rate Reported powerObserved rate, 30 day average
Cycle 14Cycle 13outage
Cycle 13
Neutrino-MessungenNeutrino-Messungen
Mit SONGS1-Detektor (1mMit SONGS1-Detektor (1m33 Szintillator) Szintillator)
sec10 e21 sec10 e21
• Mit relativ kleinen Detektoren kMit relativ kleinen Detektoren können Reaktorenönnen Reaktoren “ “von auvon außenßen” genau ” genau überwacht werdenüberwacht werden
• Interessant für Nuklearüberwachung durchInteressant für Nuklearüberwachung durch Internationale AtomenergiekommissionInternationale Atomenergiekommission??
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
IAEAIAEA
N.Bowden, Neutrino 2008
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
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
Neutrino-LeuchtkraftNeutrino-Leuchtkraft
LL 3 3 10 105353 erg / 3 sec erg / 3 sec
3 3 10 101919 L LSonneSonne
Energieumsatz grEnergieumsatz größer als der desößer als der des restlichen sichtbaren Universumsrestlichen sichtbaren Universums
Sternkollaps und Supernova-ExplosionSternkollaps und Supernova-Explosion
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrino-Signal der Supernova 1987ANeutrino-Signal der Supernova 1987A
Innerhalb der ZeitunsicherheitInnerhalb der Zeitunsicherheitgleichzeitige Signalegleichzeitige Signale
Kamiokande (Japan)Kamiokande (Japan)Wasser-Tscherenkow-DetektorWasser-Tscherenkow-Detektor2140 Tonnen2140 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit 1 min1 min
Irvine-Michigan-Brookhaven (US)Irvine-Michigan-Brookhaven (US)Wasser-Tscherenkow-DetektorWasser-Tscherenkow-Detektor6800 Tonnen6800 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit 50 ms50 ms
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)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
SSuperuperNNova ova EEarly arly WWarning arning SSystem (SNEWS)ystem (SNEWS)
Neutrino-Detektoren geben FrühwarnungNeutrino-Detektoren geben Frühwarnungfür eine bevorstehende Supernovaexplosionfür eine bevorstehende Supernovaexplosionin unserer Milchstrain unserer Milchstraßeße(ein paar Stunden)(ein paar Stunden)
Simulation eines Super-Kamiokande SN-Signals (10 kpc),Simulation eines Super-Kamiokande SN-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]
LLarge arge AApparati for pparati for GGrand rand UUnification and nification and NNeutrino eutrino AAstrophysicsstrophysics(see also arXiv:0705.0116)(see also arXiv:0705.0116)
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LAGUNA KollaborationLAGUNA Kollaboration
EU Finanzierung (1.7 Mio Euro) zur Evaluierung verschiedener StandorteEU Finanzierung (1.7 Mio Euro) zur Evaluierung verschiedener Standortefür ein mögliches europäisches großskaliges Neutrino-Observatoriumfür ein mögliches europäisches großskaliges Neutrino-Observatorium
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Kern der Aktiven Galaxie NGC 4261 Kern der Aktiven Galaxie NGC 4261
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IceCube Neutrino Teleskop am SIceCube Neutrino Teleskop am Südpolüdpol
• 1 km1 km33 antarktisches Eis antarktisches Eis mit Photosensoren instrumentiertmit Photosensoren instrumentiert• 40 Trossen von 80 installiert (2008)40 Trossen von 80 installiert (2008)• Fertigstellung bis 2011 geplantFertigstellung bis 2011 geplant
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Scott-Amundsen-Station am SScott-Amundsen-Station am Süüdpoldpol
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Neutrino-Himmel von AMANDA (2000Neutrino-Himmel von AMANDA (20002006)2006)
6595 Neutrinos aus n6595 Neutrinos aus nördlichen Richtungen, von AMANDA registriert ördlichen Richtungen, von AMANDA registriert (2000(20002006)2006)Vor allem atmosphVor allem atmosphärische Neutrinos, noch keine astrophysikalischen Quellenärische Neutrinos, noch keine astrophysikalischen Quellen
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ANTARES – Neutrinoteleskop im MittelmeerANTARES – Neutrinoteleskop im Mittelmeer
FertiggestelltFertiggestellt2008 2008
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Leuchtende Lebewesen der TiefseeLeuchtende Lebewesen der Tiefsee
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KomplementaritKomplementarität ät zwischen zwischen Mittelmeer und Mittelmeer und SüdpolSüdpol
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Drei Mittelmeer-PilotprojekteDrei Mittelmeer-Pilotprojekte
2500 m2500 m
3500 m3500 m 4500 m4500 m
AntaresAntares NemoNemo
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Auf dem Weg zu einem kmAuf dem Weg zu einem km33 Detektor im Detektor im MittelmeerMittelmeer
http://http://www.km3net.orgwww.km3net.org
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Neutrinos als astrophysikalische BotschafterNeutrinos als astrophysikalische Botschafter
AstrophysikalischeAstrophysikalischeBeschleuniger Beschleuniger Bald ?Bald ?
Urknall des Universums Urknall des Universums (Heute 330 (Heute 330 /cm/cm33)) Indirekte EvidenzIndirekte Evidenz