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Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels 6. – 15. Oktober 2004 GRB-Neutrino Detektion mit dem ANTARES Teleskop.

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1 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels 6. – 15. Oktober 2004 GRB-Neutrino Detektion mit dem ANTARES Teleskop

2 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Das Feuerball-Modell [Waxmann, Bahcall] Burstquelle ist kompaktes Objekt, das einen mit v ~ c ausbreitenden Materiefluss bewirkt ( > 100) Burst entsteht wenn im Materie- ausfluss verschiedene Schalen sich mit unterschiedlichen ausbreiten und kollidieren Wenn Feuerball durch das umgebende Medium auf v << c abgebremst wird entsteht der Afterglow (wochenlanges Nachglühen der Materie) Feuerball meist anisotrop: ultra-relativistische Jets mit Öffnungswinkel 1/

3 Melitta Naumann-Godó Seminar zu aktuellen Fragen der Astroteilchenphysik 2004 Das Feuerball Modell: Strahlungsprozesse Elektronen Spektrum: Produktionsrate: Energieverluste durch: Synchrotron-Strahlung Inverse Comptonstreuung Entstehung von keV-MeV Protonen Spektrum: Produktionsrate: Energieverluste durch: -Resonanz + e + e 0 2 Entstehung von ~10 14 eV Neutrinos

4 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Neutrinos aus der inneren Schockregion ~ eV Neutrinoerzeugung über Photo-Meson-Produktion: Schwellenenergie: mit ~ 1 MeV, ~ 300 folgt: p ~ eV Pion erhält ca. 20% der Protonenenergie, die sich gleich auf alle Zerfalls- Leptonen verteilt ~ eV Protonenerzeugungsrate: Neutrinofluss:

5 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Afterglow-Neutrinos ~ eV Hochenergetische Protonen (beschleunigt in reverse shocks) können mit 10 – 1000 eV Photonen reagieren und über Pionzerfall – eV Neutrinos erzeugen Neutrinofluss abhängig von der Dichte der Materie, die Feuerball umgibt: a) n~1 cm -3 bei interstellarer Materie b) n~10 4 cm -3 Sternenwind bei Kollaps eines massiven Sterns a)Fluss zu niedrig nicht detektierbar b)Fluss

6 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Neutrinoflüsse von GRBs

7 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 GRB-Neutrinodetektion mit ANTARES Satelliten Trigger durch GCN (GRB Coordinates Network) Richtungsbestimmung Anfangsgenauigkeit ~0.1-2°(stat)+2°(syst)=3° Schmales Zeitfenster ~30s massive Untergrundunter- drückung bei -Detektion, da räumliche und zeitliche Korrelation mit Satellitendaten

8 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Abschätzung des GRB Flusses in ANTARES

9 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Abschätzung der erwarteten Wirkungs- querschnitt ( N) Effektives Volumen bei 60 kHz t GRB ~ 10 7 s GRB ~ 2 t ATM ~ 500*30 s ATM ~ km³ log E

10 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Erwartete GRB-Neutrinos pro Jahr in ANTARES Fazit: 0.5 pro Jahr in ANTARES aus GRB werden erwartet JEDES gemessene in Korrelation mit GCN-Satellitendaten ist signifikant !!! E [GeV] GRB Afterglow atmosph. eff. Untergr 10 2 – – – – –

11 Melitta Naumann-Godó Schule für Astroteilchenphysik in Obertrubach-Bärnfels Okt 2004 Ausblick auf die Implikationen der Detektion hochenergetischer Neutrinos aus GRBs: 1.Test des Schockbeschleunigungsmechanismus 2.Test der Hypothese, dass GRBs eine Quelle hochenergetischer Protonen (>10 16 eV) sind 3.unter Berücksichtigung der -Oszillationen (1:2:0) (1:1:1) wäre die Detektion eines ein appearance experiment 4.Test der Gleichzeitigkeit von und Ankunft (spezielle Relativitätsth.) 5.Test des schwachen Äquivalenzprinzips (= und erfahren die gleiche Zeitdilatation wenn sie durch ein Gravitationspotential laufen)


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