Neutrinoastronomie

Rückschlüsse auf die Neutrinomasse und Neutrinoart, da die im sonneninneren ablaufenden Reaktionen bekannt sind. a. Sie weisen solare und atmosphärische Neutrinos nach und erlauben u. das Chlorexperiment in der Homestake-Goldmine, USA oder der GALLEX-Detektor im Gran-Sasso-Tunnel (Italien)), andererseits die auf dem Tscherenkov-Prinzip basierenden Detektoren, hier vor allem das Sudbury Neutrino Observatory (SNO) und Super-Kamiokande.Bekannte Neutrinodetektoren sind einerseits die radiochemischen Detektoren (z. B. Experimente wie Chooz oder Kamland sind in der Lage über den inversen Betazerfall Geoneutrinos und Reaktorneutrinos nachzuweisen und liefern komplementäre information aus einem Bereich, der von solaren Neutrinodetektoren nicht abgedeckt wird.

Experimente wie Amanda, Antares und Nestor haben den Nachweis kosmogener Neutrinos zum Ziel.

Dies sind bis heute die einzigen nachgewiesenen Neutrinos, die sicher aus einer Supernova stammen. So wurden 1987 im Kamiokande-Detektor elf Neutrinos nachgewiesen, die von der Supernova SN1987A aus der Großen Magellanschen Wolke stammten.Auch die bei Supernovaexplosionen entstehenden Neutrinos lassen sich nachweisen und geben informationen über die Vorgänge während einer Supernova.

Neutrinomasse

Die vollständige Hamilton-Funktion der Quanteneigenzustände in der Glashow-Salam-Weinberg-Theorie enthält Massenterme für die Neutrinos ohne jedoch einen Hinweis auf die Größe der Masse zu geben. Weil jedoch die experimentellen Obergrenzen der Neutrinomassen mehrere Größenordnungen unterhalb der Massen der assoziierten geladenen Leptonen liegen, ist es bei vielen Berechnungen zulässig, diese auf Null zu setzen.

Im Standardmodell der Elementarteilchen wird bei der Herleitung der Masseneigenzustände der Fermionen (Leptonen und Quarks) aus den Quanteneigenzuständen die Neutrinomasse zu Null gesetzt, so dass der Nachweis einer Neutrinomasse eine Vervollständigung dieses Modells erfordert. Es gibt Erweiterungen zu dem heutigen Standardmodell und auch einige interessante Große Vereinheitlichte Theorien, welche massive Neutrinos vorhersagen.

Im Jahr 2002 wurden Oszillationen von solaren Neutrinos durch das SNO nachgewiesen.Neueste Messungen belegen, dass Neutrinos tatsächlich eine (im vergleich zu den assoziierten geladenen Leptonen sehr kleine) von Null verschiedene Ruhemasse besitzen, denn Massenunterschiede zwischen den Neutrinogenerationen sind eine Voraussetzung dafür, dass sie sich von einer Neutrinoart in eine andere umwandeln können (Neutrinooszillation).

Für die Kosmologie sind damit die Neutrinos ein Kandidat für einen Teil der dunklen Materie, können jedoch allenfalls die heisse dunkle Materie stellen.

Eine bessere Obergrenze erhofft man sich durch noch genauere Messungen durch das Nachfolgeexperiment KATRIN am Forschungszentrum Karlsruhe.Als beste Obergrenze für die Elektron-Neutrinomasse gilt derzeit der aus der direkten Bestimmung der Neutrinomasse gewonnene Wert von 2.2 eV, durch Messung des Endpunktes des Betaspektrums von Tritium des Mainzer Neutrinoexperiments [1].

000 eV.Zum vergleich: Ein Elektron besitzt eine Ruheenergie von 511 keV = 511.

Falls die Ruhemasse der Neutrinos ungleich Null ist (was inzwischen als bewiesen gilt), werden sich einige der Myon-Neutrinos unterwegs in andere Neutrinoarten (fast ausschließlich Tau-Neutrinos) umwandeln, welche dann vom OPERA-Detektor nachgewiesen werden sollen. Schließlich werden auch die Myonen vom Gestein absorbiert und nur die Neutrinos setzen ihre einsame Reise fort. Der Myonenstrom, der den Schild genauso wie die Neutrinos durchquert, wird anschließend gemessen, um daraus die Anzahl der abgesendeten Neutrinos zu ermitteln. Die entstehenden Neutrinos behalten ihre Flugrichtung auf das Gran-Sasso-Labor bei, während die restlichen Protonen, Pionen und Kaonen von einem Eisen/Graphit-Schild aufgefangen werden. Dabei wird am SPS-Beschleuniger des Forschungszentrums CERN bei Genf ein Neutrinostrahl erzeugt, der dann über eine Entfernung von 730 km durch das Erdinnere zum Gran-Sasso-Laboratorium in Italien gelangen soll und dort detektiert wird.Auch das CNGS-Experiment (CERN Neutrinos to Gran Sasso), dessen Beginn für Mai 2006 geplant ist, soll weitere Aufklärung über die Physik der Neutrinos bringen. Zur Erzeugung des Strahls werden Protonen mit einer Energie von 400 GeV auf ein Graphittarget in einem heliumgefüllten Behälter geschossen. Die dabei entstehenden positiv geladenen Pionen und Kaonen werden dann durch ein magnetisches Linsensystem zu einem parallelen Strahl fokussiert und zerfallen danach in einer 1 km langen evakuierten Röhre zu Myon-Neutrinos und Myonen.