Neutrinophysik Stand der Neutrinophysik OPERA Experiment Zukunftsperspektive

Kosmologie: - frühes Universum - Strukturbildung - dunkle Materie Elementarteilchenphysik: - Masse? - Symmetrie Materie-Antimaterie - Physik jenseits des Standardmodells Neutrinophysik Astroteilchenphysik: - Sonnenneutrinos - kosmische Strahlung - Supernovae - Neutrinoteleskope Anwendungen: -Reaktorüberwachung -Geophysik -Technologieentwicklung Im Zentrum steht: Haben Neutrinos eine Masse?

Neutrino Oszillationen wurden beobachtet → Neutrinos haben Masse! 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! Bedeutende experimentelle Resultate in den letzten Jahren Super-Kamiokande Atmosphärische Neutrinos Beschleuniger Neutrinos JAPAN CANADA Solare Neutrinos SNO KamLAND Reaktorneutrinos JAPAN

Neutrino Oszillationen Flavor Eigenzustände vμ, vτ Massen Eigenzustände v2,v3 mit m2, m3 W vμ μ Quelle “erzeugt” Flavor-Eigenzustände v2 v3 Ausbreitung bestimmt durch Massen-Eigenzustände leicht unterschiedliche Frequenzen → Phasendifferenz ändert sich vτ W τ p,n Hadronen Detektor “sieht” Flavor-Eigenzustände

Stand der Neutrinophysik 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? Doppel-CHOOZ

Neutrinostrahl (vμ) vom CERN zum Gran Sasso Untergrundlabor LNGS 732 km

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 Neutrinos vom CERN CRESST ICARUS

Nachweis des Tau-Neutrinos: vτ W τ- p,n Hadronen τ-Zerfall: Typische Topologie des τ-Zerfalls: “Knick” im mm-Bereich des Vertex Pb Emulsion layers nτ t- 1 mm μ- Hadrons 8.3kg Aktives Target: 200.000 Blei-Emulsions-Ziegel = ca. 1.800 Tonnen

Detektor Beitrag der Universität Hamburg: High Precision Tracker (HPT) SM1: 31 walls (bricks + TT) + 1 spectrometer Per wall: 3328 bricks

OPERA Kollaborationstreffen in Hamburg (3.-5.6.2004) 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 OPERA Kollaborationstreffen in Hamburg (3.-5.6.2004) Gesamtkosten: 83 MCHF 36 Institute 12 Länder

OPERA: HPT Universität Hamburg: High Precision Tracker Aufgabe: Impuls – und Ladungsmessung von Myonen ( position resolution: < 300μm ) Aktuelle BMBF Projektförderung: 1.053.200 Euro (1.3.2004 – 1.6.2004) (davon 630.000 Investitionsmittel) Precision Tracker eines Supermoduls (SM) μ Pro Ebene: 816 Driftröhren Pro SM: 4896 Driftröhren Total (2 SM): ca. 10000 Driftröhren

Pro Supermodul: 96 Module OPERA: HPT 2 Module mit hoch präziser Ausrichtung Pro Supermodul: 96 Module 1 Modul: 4 Lagen von je 12 Driftröhren 1 Ebene: 15-17 Module 1 Supermodul: 6 Ebenen Länge: 8m

OPERA: Suche nach nm ® nt Oszillationen OPERA: 6200 nm CC+NC /Jahr 19 nt CC/year (bei Dm2=2•10-3 eV2) Dm2=1.9x10-3eV2 Dm2=2.4x10-3eV2 Dm2=3.0x103eV2 BKGD vτ in OPERA 6.6 10.5 16.4 0.7 Messzeit: 5 Jahre @ 4.5 x1019 pot / Jahr

Reaktorneutrinoexperiment Double-CHOOZ Bestimmung des 3 Reaktorneutrinoexperiment Double-CHOOZ Bestimmung des 3. Mischungswinkels θ13 1050 m 100-200 m 12.7 m3 12.7 m3 100-200m 1 km 2 Reaktorblöcke: 8.4GW Pth Kernkraftwerk Chooz Ardennen (Frankreich)

Nächste Generation von Experimenten zur Bestimmung von θ13 ← Reaktor ← Superstrahlen 90% CL Reaktor Experiment von D - CHOOZ Größe: sin22θ13 ≤ 0.032 (90%CL) from Huber, Lindner, Rolinec, Schwetz, Winter hep-ph/0403068