neutrinos aus himmel und h ölle
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Neutrinos aus Himmel und H ölle. Physik Modern 6. Nov 2008 Ludwig -Maximilians-Universit ät. Neutrinos aus Himmel und Hölle. Georg Raffelt Max - Planck-Institut für Physik München. Periodensystem der Elementarteilchen. Quarks. Quarks. Leptonen. Leptonen. Ladung +2/3. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrinos aus Himmel und HNeutrinos aus Himmel und Hölleölle
Neutrinos ausHimmel und HölleNeutrinos ausHimmel und Hölle
Georg Raffelt Max-Planck-Institut für Physik München
Georg Raffelt Max-Planck-Institut für Physik München
Physik Modern 6. Nov 2008Ludwig-Maximilians-UniversitätPhysik Modern 6. Nov 2008Ludwig-Maximilians-Universität
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Periodensystem der ElementarteilchenPeriodensystem der Elementarteilchen
QuarksQuarks LeptonenLeptonen
Ladung +2/3 Ladung +2/3
Up Up
Ladung Ladung 1/3 1/3
Down Down
Ladung Ladung 1 1
Elektron Elektron
Ladung Ladung
e-Neutrino e-Neutrino eeeedduu
NeutronNeutron
ProtonProton
QuarksQuarks LeptonenLeptonen
Ladung +2/3 Ladung +2/3
Up Up
Charm Charm
Top Top
Gravitation Gravitation
Schwache WechselwirkungSchwache Wechselwirkung
Starke Wechselwirkung Starke Wechselwirkung
Elektromagnetische WechselwirkungElektromagnetische Wechselwirkung
Ladung Ladung 1/3 1/3
Down Down
Strange Strange
Bottom Bottom
Ladung Ladung 1 1
Elektron Elektron
Myon Myon
Tauon Tauon
Ladung Ladung
e-Neutrino e-Neutrino
-Neutrino -Neutrino
-Neutrino -Neutrino
eeee
dd
ss
bb
uu
cc
tt
1. Familie1. Familie
2. Familie 2. Familie
3. Familie3. Familie
![Page 3: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/3.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Wo treten Neutrinos in der Natur auf?Wo treten Neutrinos in der Natur auf?
AstrophysikalischeAstrophysikalischeBeschleuniger Beschleuniger Bald ?Bald ?
Urknall des Universums Urknall des Universums (Heute 330 (Heute 330 /cm/cm33)) Indirekte EvidenzIndirekte Evidenz
KernreaktorenKernreaktoren
TeilchenbeschleunigerTeilchenbeschleuniger
ErdatmosphErdatmosphäreäre(Kosmische Strahlung)(Kosmische Strahlung)
SonneSonne
SupernovaeSupernovae(Kollabierende Sterne)(Kollabierende Sterne)
SN 1987ASN 1987A
Erdkruste Erdkruste (Natürliche (Natürliche Radioaktivität)Radioaktivität)
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Hans Bethe (1906Hans Bethe (19062005, Nobelpreis 1967)2005, Nobelpreis 1967)Thermonukleare Reaktionsraten (1938)Thermonukleare Reaktionsraten (1938)
Neutrinos aus der SonneNeutrinos aus der Sonne
Sonnenabstrahlung: 98 % LichtSonnenabstrahlung: 98 % Licht 2 % Neutrinos2 % NeutrinosHier 66 Milliarden Neutrinos/cmHier 66 Milliarden Neutrinos/cm22 sec sec
Reaktions-Reaktions-kettenketten
EnergieEnergie26.7 MeV26.7 MeV
HeliumHelium
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Sonnenbrille für Neutrinos?Sonnenbrille für Neutrinos?
Eine Bleischicht der Dicke von Eine Bleischicht der Dicke von mehreren Lichtjahren nmehreren Lichtjahren nöötigtig
Bethe & Peierls 1934Bethe & Peierls 1934„ … „ … dies bedeutet, dass man offen-dies bedeutet, dass man offen-sichtlich niemals in der Lage sein sichtlich niemals in der Lage sein wird, ein Neutrino zu beobachten.”wird, ein Neutrino zu beobachten.”
8.3 Lichtminuten8.3 Lichtminuten
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Erster Nachweis (1954Erster Nachweis (19541956)1956)
Fred ReinesFred Reines(1918(19181998)1998)
Nobelpreis 1995Nobelpreis 1995
Clyde CowanClyde Cowan(1919(19191974)1974)
Detektor-PrototypDetektor-Prototyp
Anti-Elektron Anti-Elektron NeutrinosNeutrinosvom vom Hanford Hanford KernreaktorKernreaktor
3 Gammas3 Gammasin Koinzidenzin Koinzidenzee pppp
nnnn CdCdCdCd
ee++ee++ ee--ee--
![Page 7: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/7.jpg)
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Inverser Beta-ZerfallInverser Beta-Zerfall(„Neutrino-Einfang”)(„Neutrino-Einfang”)
600 Tonnen600 TonnenTetrachlorkohlenstoffTetrachlorkohlenstoff
Homestake Sonnenneutrino-Homestake Sonnenneutrino- Observatorium (1967Observatorium (19672002)2002)
Erste Messung der SonnenneutrinosErste Messung der Sonnenneutrinos
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Physik-Nobelpreis 2002 für Neutrino-Physik-Nobelpreis 2002 für Neutrino-AstronomieAstronomie
Ray Davis Jr.Ray Davis Jr.(1914(19142006)2006)
Masatoshi KoshibaMasatoshi Koshiba(*1926)(*1926)
„„für Pionierbeiträge zur Astrophysik, insbeson-für Pionierbeiträge zur Astrophysik, insbeson-dere für den Nachweis kosmischer Neutrinos”dere für den Nachweis kosmischer Neutrinos”
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Tscherenkow EffektTscherenkow EffektTscherenkow EffektTscherenkow Effekt
WasserWasser
Streuung oderStreuung oderReaktionReaktion
Neutrino
NeutrinoLichtLicht
LichtLicht
TscherenkowTscherenkowRingRing
Elektron oder MyonElektron oder Myon(Geladenes Teilchen)(Geladenes Teilchen)
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Super-Kamiokande Neutrino DetektorSuper-Kamiokande Neutrino Detektor
42 m42 m
39.3 39.3 mm
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Super-Kamiokande: Sonne im Super-Kamiokande: Sonne im NeutrinolichtNeutrinolicht
JahreszeitWinkel relativ zur Sonne
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John BahcallJohn Bahcall1934 1934 20052005
Raymond Davis Jr.Raymond Davis Jr.1914 1914 2006 2006
Das Problem der „fehlenden” SonnenneutrinosDas Problem der „fehlenden” Sonnenneutrinos
HomestakeHomestake
ChlorineChlorine
77BeBe
88BB
CNOCNO
Messungen (1970Messungen (1970 –– 1995)1995)
Berechnung desBerechnung desSonnenneutrinoflussesSonnenneutrinoflussesaus verschiedenenaus verschiedenenQuellreaktionenQuellreaktionen
![Page 13: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/13.jpg)
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SonneSonne
DetektorDetektor
SonneSonne DetektorDetektor
„„Neutrino-Verwandlung” des Rätsels LösungNeutrino-Verwandlung” des Rätsels Lösung
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Neutrino-OszillationenNeutrino-Oszillationen
Zwei-Flavor MischungZwei-Flavor Mischung
2
1e
cossin
sincos
2
1e
cossin
sincos
Bruno PontecorvoBruno Pontecorvo(1913(19131993)1993)Erfinder derErfinder der
Neutrino OszillationenNeutrino Oszillationen
Jeder Masseneigenzustand propagiert mitJeder Masseneigenzustand propagiert mit
wobei wobei
ipzeipze
E2m
EmEp2
22 E2
mEmEp
222
zE2
m2z
E2m2
Der Phasenunterschied bewirkt OszillationenDer Phasenunterschied bewirkt Oszillationen
Oszillations-Oszillations-LängeLänge
2
2
2 m
eVMeVE
m5.2m
E4
2
2
2 m
eVMeVE
m5.2m
E4
sinsin22(2(2))
Wahrscheinlichkeit fWahrscheinlichkeit fürür ee
zz
![Page 15: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/15.jpg)
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Oszillation von Reaktorneutrinos in KamLANDOszillation von Reaktorneutrinos in KamLAND
KamLANDKamLANDSzintillator-DetektorSzintillator-Detektor(1000 t)(1000 t)
Oszillationsmuster fOszillationsmuster für Elektronür Elektron-Anti-Neutrinos-Anti-Neutrinosals Funktion der Energie bei festem Abstandals Funktion der Energie bei festem Abstand
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AtmosphAtmosphäärische Neutrino-Oszillationenrische Neutrino-Oszillationen
Super-KamiokandeSuper-Kamiokandemisst Neutrinoflussmisst Neutrinoflussabhabhäängig vomngig vomZenitwinkelZenitwinkel
Zenitwinkelverteilung der atmosphärischenZenitwinkelverteilung der atmosphärischenNeutrinos in Super-KamiokandeNeutrinos in Super-Kamiokande
Die HDie Hälfte der Myonälfte der Myon-Neutrinos-Neutrinosvon unten fehlenvon unten fehlen
![Page 17: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/17.jpg)
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Japanisches „Long-Baseline (LBL)” Experiment Japanisches „Long-Baseline (LBL)” Experiment K2KK2K
K2KK2KExperimentExperiment(KEK to (KEK to Kamiokande)Kamiokande)bestbestäätigttigtatmosphatmosphärischeärischeNeutrinoNeutrino--OszillationenOszillationen
![Page 18: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/18.jpg)
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Dunkle Energie 73%Dunkle Energie 73%(Kosmologische Konstante)(Kosmologische Konstante)
NeutrinosNeutrinos 0.10.12%2%
DunkleDunkleMaterie 23%Materie 23%
Normale Materie 4%Normale Materie 4%(davon nur ca. 10%(davon nur ca. 10% leuchtend) leuchtend)
Gewogen und zu leicht befundenGewogen und zu leicht befundenGewogen und zu leicht befundenGewogen und zu leicht befunden
![Page 19: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/19.jpg)
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Sonnen-Neutrino-SpektrumSonnen-Neutrino-Spektrum
7-Be Linie von 7-Be Linie von Borexino (seit Borexino (seit 2007) gemessen2007) gemessen
![Page 20: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/20.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität MünchenGeorg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Tag der offenen Tür, MPI für Physik, München, 13. Okt. 2007
Physik im UntergrundPhysik im Untergrund
• UnterdrUnterdrückung von Störsignalenückung von Störsignalen grundlegend für Neutrinogrundlegend für Neutrino-Messungen-Messungen• Abschirmung kosmischer StrahlungAbschirmung kosmischer Strahlung in Untergrundlaborsin Untergrundlabors
Gran Sasso Untergrundlabor (Italien)Gran Sasso Untergrundlabor (Italien)
![Page 21: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/21.jpg)
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Sonnen-Neutrino-Spektroskopie mit Sonnen-Neutrino-Spektroskopie mit BorexinoBorexino
• Neutrino-Elektron-StreuungNeutrino-Elektron-Streuung• FlFlüssigüssig-Szintillator-Technik-Szintillator-Technik (~ 300 Tonnen)(~ 300 Tonnen)• Niedrige EnergieschwelleNiedrige Energieschwelle (~ 60 keV)(~ 60 keV)• In Betrieb seit 16. Mai 2007In Betrieb seit 16. Mai 2007
• Erwartetes Signal ohneErwartetes Signal ohne OszillationenOszillationen
75 75 ± 4 ± 4 counts/100t/dcounts/100t/d• Erwartet mit OszillationenErwartet mit Oszillationen
49 ± 4 49 ± 4 counts/100t/dcounts/100t/d• BOREXINO (Mai 2008)BOREXINO (Mai 2008)
49 ± 349 ± 3statstat ± 4 ± 4syssys cnts/100t/dcnts/100t/d arXiv:0805.3843 (25. Mai 2008)arXiv:0805.3843 (25. Mai 2008)
![Page 22: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/22.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Helioseismologie: Sonne als pulsierender SternHelioseismologie: Sonne als pulsierender Stern
• Schwingungen der Sonne sind Schallwellen (p-Moden),• Stochastische Anregung durch Konvektionsströme• Mehr als 105 Moden (5-Minuten Oszillationen)• Innerer Umkehrpunkt hängt stark von der Knotenzahl ab• Erlaubt Rekonstruktion des Dichte- und Temperaturprofils
![Page 23: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/23.jpg)
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Dopplergramm der ganzen SonnenscheibeDopplergramm der ganzen Sonnenscheibe
![Page 24: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/24.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Sonnenmodell mit alten und neuen Sonnenmodell mit alten und neuen ElementhElementhäufigkeitenäufigkeiten
SchallgeschwindingkeitSchallgeschwindingkeit DichteprofilDichteprofil
• Spektroskopisch neu bestimmte ElementhäufigkeitenSpektroskopisch neu bestimmte Elementhäufigkeiten:: Theoretische und seismische Sonnenmodelle weichen stark voneinander abTheoretische und seismische Sonnenmodelle weichen stark voneinander ab
• Wo liegt der Fehler?Wo liegt der Fehler?
• Neutrinomessungen der seltenen CNO Reaktionen kann die HNeutrinomessungen der seltenen CNO Reaktionen kann die Häufigkeitäufigkeit von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Prinzip bestimmenvon Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Prinzip bestimmen
![Page 25: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/25.jpg)
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Geoneutrinos: Worum geht es?Geoneutrinos: Worum geht es?
Wir wissen erstaunlich wenig Wir wissen erstaunlich wenig überüberdas Innere der Erdedas Innere der Erde
• Tiefstes Bohrloch ~ 12 kmTiefstes Bohrloch ~ 12 km• Proben der Kruste fProben der Kruste für chemischeür chemische Analyse vorhanden (z.B. Vulkane)Analyse vorhanden (z.B. Vulkane)• Aus seismischen MessungenAus seismischen Messungen Rekonstruktion des DichteprofilsRekonstruktion des Dichteprofils• WWärmefluss aus gemessenenärmefluss aus gemessenen Temperaturgradienten 30Temperaturgradienten 3044 TW44 TW (Erwartung aus kanonischem BSE(Erwartung aus kanonischem BSE Modell ~ 19 TW aus Kruste undModell ~ 19 TW aus Kruste und Mantel, nichts aus dem Kern)Mantel, nichts aus dem Kern)
• Neutrinos entweichen Neutrinos entweichen ungehindertungehindert
• Tragen Information über die chemische Zusammensetzung, radioaktive Tragen Information über die chemische Zusammensetzung, radioaktive Energieproduktion oder sogar einen hypothetischen Reaktor im ErdzentrumEnergieproduktion oder sogar einen hypothetischen Reaktor im Erdzentrum
![Page 26: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/26.jpg)
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GeoneutrinosGeoneutrinos
Erwarteter Geoneutrino-FlussErwarteter Geoneutrino-Fluss
Reaktor-HintergrundReaktor-Hintergrund
KamLAND Szintillator-Detektor (1000 t)KamLAND Szintillator-Detektor (1000 t)
![Page 27: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/27.jpg)
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KamLAND Geoneutrino-MessungKamLAND Geoneutrino-Messung
• Erste vorlErste vorläufige Geoneutrinoäufige Geoneutrino-Messung durch-Messung durch KamLAND in 2005 (~ 2-Sigma-Effekt)KamLAND in 2005 (~ 2-Sigma-Effekt)• Schwierig wegen des ReaktorhintergrundsSchwierig wegen des Reaktorhintergrunds (Reaktorneutrinos sind Hauptzweck von(Reaktorneutrinos sind Hauptzweck von KamLAND wegen Neutrinooszillationen)KamLAND wegen Neutrinooszillationen)
![Page 28: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/28.jpg)
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Neutrino-Monitor fNeutrino-Monitor für Kernreaktorenür Kernreaktoren
San Onofre KernreaktorSan Onofre Kernreaktor(Kalifornien)(Kalifornien)
• 3.43.4 GWGW thermischethermische LeistungLeistung
• Produziert ~ Produziert ~
• 3800 Neutrino-Reaktionen3800 Neutrino-Reaktionen
pro Tag in 1 mpro Tag in 1 m3 3 FlFlüssig-üssig- szintillatorszintillator
Rea
cto
r P
ow
er
(%)
-20
0
20
40
60
80
100
Date
06/2005 10/2005 02/2006 06/2006 10/2006
Dete
cte
d A
nti
ne
utr
ino
s p
er
da
y
0
100
200
300
400
500
Predicted rate Reported powerObserved rate, 30 day average
Cycle 14Cycle 13outage
Cycle 13
Neutrino-MessungenNeutrino-Messungen
Mit SONGS1-Detektor (1mMit SONGS1-Detektor (1m33 Szintillator) Szintillator)
sec10 e21 sec10 e21
• Mit relativ kleinen Detektoren kMit relativ kleinen Detektoren können Reaktorenönnen Reaktoren “ “von auvon außenßen” genau ” genau überwacht werdenüberwacht werden
• Interessant für Nuklearüberwachung durchInteressant für Nuklearüberwachung durch Internationale AtomenergiekommissionInternationale Atomenergiekommission??
![Page 29: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/29.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
IAEAIAEA
N.Bowden, Neutrino 2008
![Page 30: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/30.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Applied Antineutrino Physics 2007Applied Antineutrino Physics 2007
![Page 31: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/31.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Sanduleak Sanduleak 69 69 202202
GroGroßße Magellan’sche Wolke e Magellan’sche Wolke Abstand 50 kpcAbstand 50 kpc (160.000 Lichtjahre)(160.000 Lichtjahre)
Tarantel NebelTarantel Nebel
Supernova 1987ASupernova 1987A 23. Februar 198723. Februar 1987
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Supernova Neutrinos 20 Jahre nach SN 1987ASupernova Neutrinos 20 Jahre nach SN 1987A
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Crab NebulaCrab Nebula
Cluster of Excellence:Origin and Structure of the Universe
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Roter RieseRoter Riese
Helium-Helium-BrennenBrennen
Wasserstoff-Wasserstoff-BrennenBrennen
HauptreihensternHauptreihenstern
Wasserstoff-BrennenWasserstoff-Brennen
ZwiebelschalenstrukturZwiebelschalenstruktur
Entarteter EisenkernEntarteter Eisenkern 101099 g cm g cm33
T T 10 1010 10 K K
MMFeFe 1.5 M 1.5 MSonneSonne
RRFeFe 8000 km 8000 km
Kollaps (Implosion)Kollaps (Implosion)
Sternkollaps und Supernova-ExplosionSternkollaps und Supernova-Explosion
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Kollaps (Implosion)Kollaps (Implosion)ExplosionExplosionNeugeborener NeutronensternNeugeborener Neutronenstern
~ 50 km~ 50 km
Proto-NeutronensternProto-Neutronenstern
nucnuc 3 3 10101414 g cm g cm33
T T 30 MeV 30 MeV
Neutrino Neutrino KKühlungühlung
Sternkollaps und Supernova-ExplosionSternkollaps und Supernova-Explosion
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neugeborener NeutronensternNeugeborener Neutronenstern
~ 50 km~ 50 km
Proto-NeutronensternProto-Neutronenstern
nucnuc 3 3 10101414 g cm g cm33
T T 30 MeV 30 MeV
Neutrino Neutrino KKühlungühlung
Gravitations-Bindungs-EnergieGravitations-Bindungs-Energie
EEbb 3 3 10 105353 erg erg 17% M 17% MSonne Sonne cc22
Dies zeigt sich als Dies zeigt sich als 99% Neutrinos99% Neutrinos 1% Kinetische Explosionsenergie1% Kinetische Explosionsenergie (1% davon in Kosm. Strahlung) (1% davon in Kosm. Strahlung) 0.01% Licht, heller als Muttergalaxie0.01% Licht, heller als Muttergalaxie
Neutrino-LeuchtkraftNeutrino-Leuchtkraft
LL 3 3 10 105353 erg / 3 sec erg / 3 sec
3 3 10 101919 L LSonneSonne
Energieumsatz grEnergieumsatz größer als der desößer als der des restlichen sichtbaren Universumsrestlichen sichtbaren Universums
Sternkollaps und Supernova-ExplosionSternkollaps und Supernova-Explosion
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrino-Signal der Supernova 1987ANeutrino-Signal der Supernova 1987A
Innerhalb der ZeitunsicherheitInnerhalb der Zeitunsicherheitgleichzeitige Signalegleichzeitige Signale
Kamiokande (Japan)Kamiokande (Japan)Wasser-Tscherenkow-DetektorWasser-Tscherenkow-Detektor2140 Tonnen2140 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit 1 min1 min
Irvine-Michigan-Brookhaven (US)Irvine-Michigan-Brookhaven (US)Wasser-Tscherenkow-DetektorWasser-Tscherenkow-Detektor6800 Tonnen6800 TonnenZeitunsicherheit Zeitunsicherheit 50 ms50 ms
Baksan Szintillator TeleskopBaksan Szintillator Teleskop(Soviet Union), 200 Tonnen(Soviet Union), 200 TonnenZeitunsicherheit +2/-54 sZeitunsicherheit +2/-54 s
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
GroGroßeße Detektoren f Detektoren füür Supernova-Neutrinosr Supernova-Neutrinos
Super-Kamiokande (10Super-Kamiokande (1044))KamLAND (400)KamLAND (400)
MiniBooNEMiniBooNE(200)(200)
In Klammern Zahl der EreignisseIn Klammern Zahl der Ereignisseffür eine ür eine “typische Supernova”“typische Supernova”im Abstand von 10 kpcim Abstand von 10 kpc
LVD (400)LVD (400)Borexino (100)Borexino (100)
IceCube (10IceCube (1066))
BaksanBaksan (100)(100)
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
SSuperuperNNova ova EEarly arly WWarning arning SSystem (SNEWS)ystem (SNEWS)
Neutrino-Detektoren geben FrühwarnungNeutrino-Detektoren geben Frühwarnungfür eine bevorstehende Supernovaexplosionfür eine bevorstehende Supernovaexplosionin unserer Milchstrain unserer Milchstraßeße(ein paar Stunden)(ein paar Stunden)
KoinzidenzKoinzidenzServer Server @ BNL@ BNL
Super-KSuper-K
AlarmAlarm
Others ?Others ?
LVDLVD
IceCubeIceCube
http://snews.bnl.govhttp://snews.bnl.govastro-ph/0406214astro-ph/0406214
Supernova 1987ASupernova 1987AFrFrühe Lichtkurveühe Lichtkurve
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Simuliertes Supernova-Signal fSimuliertes Supernova-Signal fürür Super- Super-KamiokandeKamiokande
Simulation eines Super-Kamiokande SN-Signals (10 kpc),Simulation eines Super-Kamiokande SN-Signals (10 kpc),basierend auf einem numerischen Modell (Livermore)basierend auf einem numerischen Modell (Livermore)[Totani, Sato, Dalhed & Wilson, ApJ 496 (1998) 216][Totani, Sato, Dalhed & Wilson, ApJ 496 (1998) 216]
AkkretionAkkretions-s-
PhasePhase
Kelvin-Kelvin-HelmholtzHelmholtzKKühlphaseühlphase
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Standing Accretion Shock Instability (SASI)Standing Accretion Shock Instability (SASI)Mezzacappa et al., http://www.phy.ornl.gov/tsi/pages/simulations.htmlMezzacappa et al., http://www.phy.ornl.gov/tsi/pages/simulations.html
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
LAGUNA - Approved FP7 Design StudyLAGUNA - Approved FP7 Design Study
LLarge arge AApparati for pparati for GGrand rand UUnification and nification and NNeutrino eutrino AAstrophysicsstrophysics(see also arXiv:0705.0116)(see also arXiv:0705.0116)
![Page 43: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/43.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
LAGUNA KollaborationLAGUNA Kollaboration
EU Finanzierung (1.7 Mio Euro) zur Evaluierung verschiedener StandorteEU Finanzierung (1.7 Mio Euro) zur Evaluierung verschiedener Standortefür ein mögliches europäisches großskaliges Neutrino-Observatoriumfür ein mögliches europäisches großskaliges Neutrino-Observatorium
![Page 44: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/44.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Kosmische Strahlung („Höhenstrahlung”)Kosmische Strahlung („Höhenstrahlung”)
Victor Hess (1911)Victor Hess (1911)
Luftschauer:Luftschauer: 101019 19 eV primäres Teilchen eV primäres Teilchen 100 Milliarden sekundäre 100 Milliarden sekundäre Teilchen auf Meereshöhe Teilchen auf Meereshöhe
Woher kommtWoher kommtdie primdie primäreäre
kosmische Strahlungkosmische Strahlung? ?
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Globales Spektrum der kosmischen StrahlungGlobales Spektrum der kosmischen Strahlung
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrino-Strahlen: Himmel und ErdeNeutrino-Strahlen: Himmel und Erde
00
pp
ee ee
e e
Target:Target:Protonen oder PhotonenProtonen oder Photonen
Vergleichbare FlVergleichbare Flüsse vonüsse vonPhotonen und NeutrinosPhotonen und Neutrinos
Gleiche Flüsse allerGleiche Flüsse allerFlavors durchFlavors durchOszillationenOszillationenF. Halzen
(2002)
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Kern der Aktiven Galaxie NGC 4261 Kern der Aktiven Galaxie NGC 4261
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
IceCube Neutrino Teleskop am SIceCube Neutrino Teleskop am Südpolüdpol
• 1 km1 km33 antarktisches Eis antarktisches Eis mit Photosensoren instrumentiertmit Photosensoren instrumentiert• 40 Trossen von 80 installiert (2008)40 Trossen von 80 installiert (2008)• Fertigstellung bis 2011 geplantFertigstellung bis 2011 geplant
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Scott-Amundsen-Station am SScott-Amundsen-Station am Süüdpoldpol
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Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrino-Himmel von AMANDA (2000Neutrino-Himmel von AMANDA (20002006)2006)
IceCube Collaboration, arXiv:0809.1646 (Sept. 2008) IceCube Collaboration, arXiv:0809.1646 (Sept. 2008)
6595 Neutrinos aus n6595 Neutrinos aus nördlichen Richtungen, von AMANDA registriert ördlichen Richtungen, von AMANDA registriert (2000(20002006)2006)Vor allem atmosphVor allem atmosphärische Neutrinos, noch keine astrophysikalischen Quellenärische Neutrinos, noch keine astrophysikalischen Quellen
![Page 51: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/51.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
ANTARES – Neutrinoteleskop im MittelmeerANTARES – Neutrinoteleskop im Mittelmeer
FertiggestelltFertiggestellt2008 2008
![Page 52: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/52.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Leuchtende Lebewesen der TiefseeLeuchtende Lebewesen der Tiefsee
![Page 53: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/53.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
KomplementaritKomplementarität ät zwischen zwischen Mittelmeer und Mittelmeer und SüdpolSüdpol
![Page 54: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/54.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Drei Mittelmeer-PilotprojekteDrei Mittelmeer-Pilotprojekte
2500 m2500 m
3500 m3500 m 4500 m4500 m
AntaresAntares NemoNemo
![Page 55: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/55.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Auf dem Weg zu einem kmAuf dem Weg zu einem km33 Detektor im Detektor im MittelmeerMittelmeer
http://http://www.km3net.orgwww.km3net.org
![Page 56: Neutrinos aus Himmel und H ölle](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070402/568137a8550346895d9f52c8/html5/thumbnails/56.jpg)
Georg Raffelt, Max-Planck-Institut für Physik, München Physik Modern, 6. Nov 2008, Ludwig-Maximilians-Universität München
Neutrinos als astrophysikalische BotschafterNeutrinos als astrophysikalische Botschafter
AstrophysikalischeAstrophysikalischeBeschleuniger Beschleuniger Bald ?Bald ?
Urknall des Universums Urknall des Universums (Heute 330 (Heute 330 /cm/cm33)) Indirekte EvidenzIndirekte Evidenz
KernreaktorenKernreaktoren
TeilchenbeschleunigerTeilchenbeschleuniger
ErdatmosphErdatmosphäreäre(Kosmische Strahlung)(Kosmische Strahlung)
SonneSonne
SupernovaeSupernovae(Kollabierende Sterne)(Kollabierende Sterne)
SN 1987ASN 1987A
Erdkruste Erdkruste (Natürliche (Natürliche Radioaktivität)Radioaktivität)