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16.9.2004 Evaluation Verbundforschung Universität Hamburg Caren Hagner Neutrinophysik 1.Stand der Neutrinophysik 2.OPERA Experiment 3.Zukunftsperspektive.

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1 Evaluation Verbundforschung Universität Hamburg Caren Hagner Neutrinophysik 1.Stand der Neutrinophysik 2.OPERA Experiment 3.Zukunftsperspektive

2 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

3 Super-Kamiokande Atmosphärische Neutrinos Beschleuniger Neutrinos JAPAN KamLAND Reaktorneutrinos JAPAN CANADA Solare Neutrinos SNO Bedeutende experimentelle Resultate in den letzten Jahren v e v μ,τ Oszillation Δm 2 8·10 -5 eV 2 v μ v,(s) Oszillation Δm 2 2·10 -3 eV 2 Neutrino Oszillationen wurden beobachtet Neutrinos haben Masse!

4 Neutrino Oszillationen Flavor Eigenzustände v μ, v τ Massen Eigenzustände v 2,v 3 mit m 2, m 3 W vμvμ μ Quelle erzeugt Flavor-Eigenzustände vτvτ W τ p,n Hadronen Detektor sieht Flavor-Eigenzustände v2v2 v3v3 Ausbreitung bestimmt durch Massen-Eigenzustände leicht unterschiedliche Frequenzen Phasendifferenz ändert sich

5 3 aktive Neutrinos: v e, v μ, v Evidenz für Neutrinooszillationen Neutrinomassen existieren! –2 Mischungswinkel gemessen (von 3) –2 Massendifferenzen gemessen Noch unbekannt: –Masse des leichtesten Neutrinos, Hierarchie –Mischungswinkel θ 13 –CP-Verletzung (3 Phasen) –Majorana Neutrino? 3 aktive Neutrinos: v e, v μ, v Evidenz für Neutrinooszillationen Neutrinomassen existieren! –2 Mischungswinkel gemessen (von 3) –2 Massendifferenzen gemessen Noch unbekannt: –Masse des leichtesten Neutrinos, Hierarchie –Mischungswinkel θ 13 –CP-Verletzung (3 Phasen) –Majorana Neutrino? Stand der Neutrinophysik Doppel- CHOOZ

6 Neutrinostrahl (v μ ) vom CERN zum Gran Sasso Untergrundlabor 732 km LNGS

7 CNGS Neutrinostrahl (Europas Beschleuniger Neutrino Facility) Neutrinostrahlen weltweit: CNGS Strahl: 2006 E v = 17 GeV, P = 0.3 MW K2K Strahl (Japan): in Betrieb E v = 1.3 GeV, P = MW NuMI Strahl (USA): 2005 E v = 3.5 GeV, P = 0.4 MW T2K Superstrahl (Japan): 2009 Ev = 0.7 GeV, P = MW

8 Gran Sasso Untergrundlabor LNGS ICARUS CRESST Neutrinos vom CERN

9 Typische Topologie des τ-Zerfalls: Knick im mm-Bereich des Vertex 8.3kg Aktives Target: Blei-Emulsions-Ziegel = ca Tonnen vτvτ W τ-τ- p,n Hadronen Pb Emulsion layers τ 1 mm μ-μ- Hadrons Nachweis des Tau-Neutrinos: τ-Zerfall:

10 Beitrag der Universität Hamburg: High Precision Tracker (HPT) Detektor

11 Belgien: IIHE (ULB-VUB), Bruxelles Bulgarien: Faculty of Physics, The St.Kliment Ohridski University of Sofia, Sofia VR China: IHEP, Beijing High Energy Physics Group Shandong University, Shandong, Jinan Deutschland: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 I Israel:Technion, Haifa, Israel Italien:Bologna University and INFN, Bologna LNF, Frascati Padova University and INFN, Padova La Sapienza University and INFN, Rome Salerno University and INFN, Salerno Bari University and INFN, Bari Aquila University, Aquila Laboratorio Nazionale del Gran Sasso, Assergi Federico II University and INFN, Naples Japan:Toho University, Funabashi Aichi Educational University, Karyia Kobe University, Kobe Nagoya University, Nagoya Utsunomiya University, Utsunomiya Kroatien: Rudjer Boskovic Institute (IRB), Zagreb Russia:JINR, Dubna ITEP, Moscow Institute of Nuclear Power Engineering, Obninsk Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow Schweiz:Neuchatel University, Neuchatel Bern University, Bern Türkei:METU, Ankara Kollaboration OPERA Kollaborationstreffen in Hamburg ( ) 36 Institute 12 Länder

12 OPERA: HPT Universität Hamburg: High Precision Tracker Aufgabe: Impuls – und Ladungsmessung von Myonen ( position resolution: < 300μm ) Pro Ebene: 816 Driftröhren Pro SM: 4896 Driftröhren Precision Tracker eines Supermoduls (SM) Total (2 SM): ca Driftröhren Aktuelle BMBF Projektförderung: Euro ( – ) (davon Investitionsmittel) μ

13 Evaluation Verbundforschung Universität Hamburg Caren Hagner OPERA: HPT 1 Modul: 4 Lagen von je 12 Driftröhren 1 Ebene: Module 1 Supermodul: 6 Ebenen 2 Module mit hoch präziser Ausrichtung Länge: 8m Pro Supermodul: 96 Module

14 OPERA: Suche nach Oszillationen Messzeit: x10 19 pot / Jahr m 2 =1.9x10 -3 eV 2 m 2 =2.4x10 -3 eV 2 m 2 =3.0x10 3 eV 2 BKGD v τ in OPERA OPERA: 6200 CC+NC /Jahr 19 CC/year (bei m 2 = eV 2 )

15 Reaktorneutrinoexperiment Double-CHOOZ Bestimmung des 3. Mischungswinkels θ m 1050 m 12.7 m 3 2 Reaktorblöcke: 8.4GW P th m 1 km Kernkraftwerk Chooz Ardennen (Frankreich)

16 Nächste Generation von Experimenten zur Bestimmung von θ 13 Reaktor Experiment von D - CHOOZ Größe: sin 2 2θ (90%CL) 90% CL from Huber, Lindner, Rolinec, Schwetz, Winter hep-ph/ Reaktor Superstrahlen


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