16.9.2004 Evaluation Verbundforschung Universität Hamburg Caren Hagner

Neutrinophysik

1. Stand der Neutrinophysik2. OPERA Experiment3. Zukunftsperspektive

Astroteilchenphysik:- Sonnenneutrinos- kosmische Strahlung- Supernovae- Neutrinoteleskope

Anwendungen:-Reaktorüberwachung-Geophysik-Technologieentwicklung

Kosmologie:- frühes Universum- Strukturbildung- dunkle Materie

Elementarteilchenphysik:- Masse?- Symmetrie Materie-Antimaterie- Physik jenseits des Standardmodells

Neutrinophysik

Super-Kamiokande

Atmosphärische Neutrinos

Beschleuniger Neutrinos

JAPANKamLAND

Reaktorneutrinos

JAPANCANADA

Solare Neutrinos

SNO

Bedeutende experimentelle Resultate in den letzten Jahren

ve→vμ,τ Oszillation

Δm2 ≈ 8·10-5 eV2

vμ→v,(s) Oszillation

Δm2 ≈ 2·10-3 eV2

Neutrino Oszillationen wurden beobachtet→ Neutrinos haben Masse!

Neutrino Oszillationen

3

2

2323

2323

cossinsincos

Flavor Eigenzustände vμ, vτ

Massen Eigenzustände v2,v3 mit m2, m3

Wvμ

μ

Quelle “erzeugt”Flavor-Eigenzustände

vτ

W

τ

p,n Hadronen

Detektor “sieht”Flavor-Eigenzustände

v2

v3

Ausbreitung bestimmt durch

Massen-Eigenzustände

23,2

23,23,2 mpE

leicht unterschiedliche Frequenzen→ Phasendifferenz ändert sich

• 3 aktive Neutrinos: ve, vμ, v

• Evidenz für Neutrinooszillationen → Neutrinomassen existieren!– 2 Mischungswinkel gemessen (von 3)– 2 Massendifferenzen gemessen

• Noch unbekannt:– Masse des leichtesten Neutrinos,

Hierarchie– Mischungswinkel θ13– CP-Verletzung (3 Phasen)– Majorana Neutrino?

Stand der Neutrinophysik

Doppel-CHOOZ

)( ? 13 evv

Neutrinostrahl (vμ) vom CERN zum Gran Sasso Untergrundlabor

732 km

? vv

LNGS

CNGS Neutrinostrahl(Europas Beschleuniger Neutrino Facility)

Neutrinostrahlen weltweit:

•CNGS Strahl: 2006 Ev = 17 GeV, P = 0.3 MW

•K2K Strahl (Japan): in Betrieb Ev = 1.3 GeV, P = 0.005 MW

•NuMI Strahl (USA): 2005 Ev = 3.5 GeV, P = 0.4 MW

•T2K Superstrahl (Japan): 2009 Ev = 0.7 GeV, P = 0.75-4 MW

Gran Sasso Untergrundlabor LNGS

ICARUS

CRESST

Neutrinos vom CERN

Typische Topologie des τ-Zerfalls:“Knick” im mm-Bereich des Vertex

8.3kg

Aktives Target:200.000 Blei-Emulsions-Ziegel= ca. 1.800 Tonnen

vτ

W

τ-

p,n Hadronen

Pb

Emulsion layers

τ

1 mm

μ-

v

v

Hadrons

Nachweis des Tau-Neutrinos:

15% )(

48% )(

18%

18%

0

0

vn

vn

vve

vv

e

τ-Zerfall:

Beitrag der Universität Hamburg:High Precision Tracker (HPT)

Detektor

Belgien: IIHE (ULB-VUB), BruxellesBulgarien: Faculty of Physics, The St.Kliment Ohridski University of Sofia, SofiaVR China: IHEP, Beijing

High Energy Physics Group Shandong University, Shandong, JinanDeutschland: Universität Hamburg,

Uni Münster, Fachhochschule Südwestfalen Hagen, Humboldt Universität Berlin, Universität Rostock

Frankreich: IRES, IN2P3-CNRS and Université Strasbourg LAPP, IN2P3-CNRS and Université Annecy LAL, IN2P3-CNRS and Université Paris-Sud, Orsay IPNL, IN2P3-CNRS and Université Lyon IIsrael: Technion, Haifa, Israel Italien: Bologna University and INFN, Bologna

LNF, FrascatiPadova University and INFN, PadovaLa Sapienza University and INFN, RomeSalerno University and INFN, SalernoBari University and INFN, BariAquila University, AquilaLaboratorio Nazionale del Gran Sasso, AssergiFederico II University and INFN, Naples

Japan: Toho University, FunabashiAichi Educational University, KaryiaKobe University, KobeNagoya University, NagoyaUtsunomiya University, Utsunomiya

Kroatien: Rudjer Boskovic Institute (IRB), ZagrebRussia: JINR, Dubna

ITEP, MoscowInstitute of Nuclear Power Engineering, ObninskInstitute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow

Schweiz: Neuchatel University, NeuchatelBern University, Bern

Türkei: METU, Ankara

Kollaboration

OPERA Kollaborationstreffen in Hamburg (3.-5.6.2004)

36 Institute12 Länder

OPERA: HPTUniversität Hamburg: High Precision TrackerAufgabe: Impuls – und Ladungsmessung von

Myonen ( position resolution: < 300μm )

Pro Ebene: 816 DriftröhrenPro SM: 4896 Driftröhren

Precision Tracker eines Supermoduls (SM)

Total (2 SM): ca. 10000 Driftröhren

Aktuelle BMBF Projektförderung: 1.053.200 Euro (1.3.2004 – 1.6.2004) (davon 630.000 Investitionsmittel)

μ

16.9.2004 Evaluation Verbundforschung Universität Hamburg Caren Hagner

OPERA: HPT

1 Modul:4 Lagen von je12 Driftröhren

1 Ebene:15-17 Module

1 Supermodul:6 Ebenen

2 Module mithoch präziser Ausrichtung

Länge: 8m

Pro Supermodul:96 Module

OPERA:Suche nach

Oszillationen

Messzeit: 5 Jahre @ 4.5 x1019 pot / Jahr

m2=1.9x10-3eV2

m2=2.4x10-3eV2

m2=3.0x103eV2 BKGD

vτ in OPERA 6.6 10.5 16.4 0.7

OPERA: 6200 CC+NC /Jahr 19 CC/year (bei m2=2•10-3 eV2)

Reaktorneutrinoexperiment Double-CHOOZBestimmung des 3. Mischungswinkels θ13

100-200 m

1050 m

12.7 m312.7 m3

2 Reaktorblöcke: 8.4GW Pth

100-200m

1 km

Kernkraftwerk ChoozArdennen (Frankreich)

vee E

LmvvP4

sin2sin1)(2312

132

Nächste Generation von Experimentenzur Bestimmung von θ13

Reaktor Experimentvon D - CHOOZ Größe:sin22θ13 ≤ 0.032 (90%CL)

90% CL

from Huber, Lindner, Rolinec, Schwetz, Winter hep-ph/0403068

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