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Physik-Nobelpreis 2015. Die Lösung des Sonnen- Neutrino-Rätsels. Japaner Takaaki Kajita, 56 Jahre; Kanadier Arthur B. McDonald, 72 Jahre Amand Faessler,

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1 Physik-Nobelpreis Die Lösung des Sonnen- Neutrino-Rätsels. Japaner Takaaki Kajita, 56 Jahre; Kanadier Arthur B. McDonald, 72 Jahre Amand Faessler, Tübingen

2 Art McDonald Queens Uni., Kingston, Kan. Takaaki Kajita Tokio Univ., Tokio, Japan

3 Brief Wolfgang Pauli‘s am 4. Dezember 1930 von der ETH Zürich an Konferenz in Tübingen: Liebe radioaktiven Damen und Herren! Energieerhaltung im Beta Zerfall: (Z,A) (Z+1,A) Elektron+Neutrino

4 Experimentelle Entdeckung des Neutrinos durch Cowen und Reines 1956 ( Nobelpreis 1995 ) Starker Reaktor: Quelle von Antineutrinos Neutron  Proton + Elektron + Antineutrino Savanna River: n  p + e - + c e

5 Experimentelle Entdeckung des Neutrinos durch Cowen und Reines 1956 ( Nobelpreis 1995 ) Starker Reaktor: Quelle von Antineutrinos Neutron  Proton + Elektron + Antineutrino Savanna River: n  p + e - + c e

6 Savanna River Reaktor n  p + e - + c e

7 Experimentelle Entdeckung des Neutrinos durch Cowen und Reines 1956 ( Nobelpreis 1995 ) Starker Reaktor: Quelle von Antineutrinos Neutron  Proton + Elektron + Antineutrino Savanna River: n  p + e - + c e Nachweis H 2 O + Cd-Salz : c e + p  e + + n e + + e -   ; n Cd   Cd

8 Sonnenenergie (Hans Bethe). Sonnen-Neutrino-Rätsel Verbrennung von Wasserstoff (p) Bindungenergie von 4 He: 28 MeV

9 Drei Neutrinos (E = mc 2 ) : n(939 MeV)  p + e - + c e  - (106 MeV)  e - + c e +   - (1777 MeV)   - + c  +  Produktionszustände ≠ Massenzustände  Oszillationen

10 Produktions = Flavor-Zustände und Massenzustände Wellen-Teilchen Dualismus

11 Atmosphärische Neutrinos durch Kosmische Strahlung.     Durch den Daumennagel gehen pro Sekunde 10 Milliarden Neutrinos.

12 Takaaki Kajita: Super- Kamiokande Tonnen reines Wasser; etwa Photomultiplier mit 50 cm Durchm. Wasser, Cherenkov-Licht

13 Super-Kamiokande Kollaboration

14  e-e- e-e- Elektronen haben eine grössere Geschwindigkeit als Licht im Wasser. Ein Lichtkegel ensteht wie ein Überschallknall beim Flugzeug. Lichtgeschwin.: C wasser = C vakuum /1,33 Ring durch Cherenkov-Licht in Photomultiplier gemessen. Messung der Neutrinos

15 Auffüllen der 60 Tonnen Wasser und Überprüfung der Photomultiplier. Ein genauerer Blick.

16 Ein Photomultiplier hat 50 cm Durchmesser.

17 Cherenkow-Ring am Boden des Detektors

18 Hochenergetische  + zerfallen nicht/weniger beim Durch- gang durch die Erde wegen relativistischer Zeitdilatation. Kosmische Strahlung produziert Pionen über dem Süd-Atlantik.

19 Bild der Sonne von entgegen- gesetzter Seite der Erde von Super-Kameo. mit Neutrinos gemessen.

20 Amand Faessler, Tuebingen Arthur (Art) MacDonald, Canada; Sudburry Neutrino Observatory Creighten-Zink-Mine, Sudburry, Ontario, Kanada

21 Sudburry-Neutrino-Kollaboration

22 Detektorkugel mit 9456 Fotomultiplier Meter unter der Erde t D 2 O 17 Meter Durchmesser. 20 cm Durchmesser der Fotomultiplier. Zähler decken 55% der ganzen Kugel ab. 23 Zähler müssen ansprechen für ein gezähltes Cherenkov- Ereignis mit mindestens 6,75 MeV Energiedeposition.

23 Amand Faessler, Tuebingen THE SNO CHERENKOV DETECTOR WITH HEAVY WATER 9456 Photomulti- pliers Ø 20 cm 55 % von 4 π. Cherenkov- Strahlung-Ereignis: e - Trigger ≥ 23 PMT E ν (Schwelle) = 6.75 MeV ; Ø 17 m; Blick von unten.

24 Amand Faessler, Tuebingen Elastische Neutrinostreuung(ES): Relative Stärke e zu (    ) 7 zu 2 e- e - (fast) νeνe W+W+ νeνe e-e- e-e- νxνx νxνx Z0Z0 + 6 : 1:1:1 1) Vorwärts-Streuung

25 Amand Faessler, Tuebingen Geladener Strom W + e-e- νeνe W+W+ P P Deuteron (p + n) Misst nur e 2) Rückwärts-Streuung der e -

26 x d Z0Z0 x p n 3) Aufbruch des Deuterons

27 SSM = Standard Solar model (Bahcall and Pinsenaux 2005) Rückwärts-Streuung: sensitiv auf Elektronneutrinos Vorwärts-Streuung :  e zu ( -  und -  : 7 zu (2) Deuteron-Aufbruch: sensitiv auf  e  total

28 Alle in der Sonne produzierten Elektron- Neutrinos kommen auf der Erde an. Sie haben sich nur teilweise in Müon- und Tauon-Neutrinos oszilliert. Art MacDonald und die SNO-Kollaboration haben damit das lang existierende Sonnen-Neutrino-Rätsel gelöst. Deshalb hatte ich ihn für den Nobelpreis vorgeschlagen. ENDE


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