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Neutrinophysik

Die durch die Rekrutierungsinitiative der Helmholtz-Gemeinschaft gegründete Neutrinogruppe des IKP-2 beschäftigt sich mit Niederenergieneutrinophysik in Flüssigszintillator-Detektoren. In Zusammenarbeit mit internationalen Kollaborationen arbeitet die Gruppe an dem Borexino/SOX- und dem JUNO-Experiment. Neben der Erweiterung fundamentaler Kenntnisse über Teilchenphysik bei der Suche nach sterilen Neutrinos und der Bestimmung der Neutrinomassenhierarchie, ist es weitergehend das Interesse dieser Experimente Neutrinos als Informationsquelle über Prozesse in der Erde und der Sonne zu nutzen.

BorexinoCopyright: Borexino Collaboration

Borexino

Borexino ist ein 300t Flüssigszintillator-Detektor, der sich im Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) befindet, dem größten Untergrundlabor der Welt. Die Abschirmung durch 1400m dickes Gestein schwächt den Fluss an kosmischer Strahlung um ein Millionenfaches ab. Das Hauptziel der Borexino-Kollaboration ist die Messung solarer Neutrinos, insbesondere derer mit einer Energie unter 2 MeV. Das Alleinstellungsmerkmal des Experiments ist der extrem schwache Hintergrund durch Radioaktivität, der die herausragendenden Errungenschaften des Experiments ermöglicht hat.

Die wichtigsten Ergebnisse im Bereich solarer Neutrinos sind unter anderem:

  • Erste Echtzeitmessung von Neutrinos aus der primären Proton-Proton Fusion in der Sonne
  • Messung von solaren 7Be Neutrinos mit 5% Genauigkeit
  • Erste direkte Beobachtung von pep-Neutrinos
  • Beste obere Grenze auf den Fluss von Neutrinos aus dem CNO-Zyklus (Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff)

Im Jahr 2010 hat die Borexino-Kollaboration die erste Beobachtung von Geoneutrinos mit einem 3sigma-Konfidenzniveau berichtet. Bei Geoneutrinos handelt es sich um Antineutrinos, die innerhalb der Zerfallsketten von Uran und Thorium emittiert werden und Hinweise auf die radiogene Wärme der Erde liefern. Ihre genauere Messung würde wertvolle Einblicke in die Formation, Komposition und Dynamik unseres Planeten bringen. Borexino und das KamLAND Experiment in Japan sind zur Zeit die zwei einzigen Experimente, die dazu in der Lage sind Geoneutrinos zu messen.

SOX

Neutrino Oszillationen auf kurzen Distanzen mit dem Borexino Detektor, das SOX Projekt (SOX steht für Short-distance neutrino Oscillation with BoreXino), verfolgt das Ziel die Existenz leichter steriler Neutrinos nachzuweisen oder zu widerlegen. Dieses Neutrino wird steril genannt, da es nicht mit den Kräften des Standardmodells wechselwirkt. Eine globale Analyse von Neutrinooszillationsdaten auf kurzen Distanzen weist auf einen 3+1 Parameterraum hin, welcher zu einem Δm214 im Bereich von 1 eV² führt. Um diesen Energiebereich mit MeV (Anti-)neutrinos zu überprüfen müssen Oszillationsexperimente auf Meterdistanzen verwendet werden. In solch einem Experiment könnte die Existenz eines hypothetischen sterilen Neutrinos nicht nur durch das Verschwinden der (Anti-)neutrinos nachgewiesen werden, sondern auch durch eine Abweichung des (L,E)-Parameterraums vom 3-Flavour Szenario. Letzteres würde eine smoking-gun Signatur, d.h. ein eindeutiger Nachweis des sterilen Neutrinos, sein, welche ein klarer Hinweis für Physik jenseits des Standardmodells sein würde.

JUNO

Das Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) ist ein Neutrinoexperiment, das zur Zeit in China gebaut wird. Im Zentrum des Experiments steht ein sphärischer 20 kt Flüssigszintillator-Detektor, der sich in einem 700 m tiefen Untergrundlabor befinden wird und sich durch seine exzellente Energieauflösung von 3% bei 1 MeV auszeichnet. Ziel des Experiments ist die Bestimmung der Neutrino-Massenhierarchie durch Messung der Oszillationen von Neutrinos aus Kernreaktoren zweier Atomkraftwerke in 53 km Entfernung. Darüber hinaus wird JUNO in der Lage sein die Unsicherheiten auf bereits gemessene Oszillationsparameter deutlich zu verringern und einen großen Beitrag im Feld der Geoneutrinos zu leisten. Außerdem sind astrophysikalische Messungen von solaren und Supernova-Neutrinos Teil des Programms.

Zusatzinformationen

Weiterführende Informationen

Lokale Ansprechpartner im IKP-2:

Prof. Dr. Livia Ludhova


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