Neutrinos ändern ihr “Flavor” während sie Japan unterirdisch durchqueren

ufzeichnung des Super-K-Detektors (Courtesy of Chris Walter, Duke University)
ufzeichnung des Super-K-Detektors (Courtesy of Chris Walter, Duke University)

Indem sie einen Neutrinostrahl durch ein kleines Stückchen Erde unterhalb von Japan schossen, haben Physiker die Teilchen dabei ertappt, wie sie ihr Erscheinungsbild veränderten.

Diese Beobachtungen könnten eines Tages dabei helfen zu erklären, warum das Universum aus Materie besteht und nicht aus Antimaterie.

Das T2K Experiment hat den Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) an der Ostküste Japans verwendet, um einen Strahl aus Myonneutrinos unterirdisch zum 295 Kilometer entfernten Super-Kamiokande (Super-K) Detektor in Kamioka in der Nähe der Westküste Japans zu schießen.

Das Experiments ist Teil einer neuen Generation von Neutrinoverfolgenden Einrichtungen und hat zum Ziel, die Teilchen auf dieser kurzen Reise bei dem Wechsel ihrer “Flavors” von Myonneutrinos zu Elektronneutrinos zu beobachten.

Neutrinos sind Elementarteilchen, die drei unterschiedliche Flavors aufweisen können – Myon, Elektron und Tau. In vorherigen Experimenten haben Physiker den Wechsel von Myonneutrinos zu Tauneutrinos und Elektronneutrinos zu Myon- oder Tauneutrinos gemessen

“Aber niemand hatte bisher gesehen, wie sich Myonneutrinos in Elektronneutrinos verwandeln”, sagte Chris Walter, ein Physiker der Duke University und zusammen mit der Duke Physikerin Kate Scholberg Mitglieder der T2K-Kollaboration.

Die T2K Kollaboration, ein Team aus Physikern aus aller Welt, begann mit der Beobachtung der Neutrinos während ihrer Transformationen im Januar 2010, als das Experiment voll betriebsfähig wurde. Die Gruppe maß die Neutrinos und bestimmte ihre Flavors in der Nähe des Beschleunigers und dann nochmals am Super-K Detektor. Bis jetzt fingen die Wissenschaftler 88 Neutrinos mit ihrem Detektor. Sechs davon begannen ihre Leben wahrscheinlich als Myonneutrinos und verwandelten sich auf ihrem Weg zum Super-K Detektor in Elektronneutrinos.

“So ist das Ergebnis extrem interessant, aber wir haben gerade erst angefangen”, sagte Walter. Er erklärte, dass das T2K Team etwas weniger als zwei Prozent der geplanten Neutrinomessungen vorgenommen hat, hauptsächlich wegen dem Erdbeben, das am 11. März 2011 vor der Ostküste Japans stattfand und das T2K Experiment zur Abschaltung zwang.

Die nachfolgenden Ergebnisse wurden am vergangenen Mittwoch (15.6.2011) im Rahmen einer Pressekonferenz in Japan an die Physical Review Letters weitergegeben.

“Wir konnten genau so viele Elektonenneutrino-Kandidaten sehen, wie durch Zufall, ungefähr eines bei 150 versuchen”, sagte Walter. “Darum enthält der Titel unserer Studie auch den Begriff ‘Hinweise’ anstelle von ‘Überwachung’ oder ‘Messung’.”

Wenn aus den “Hinweisen” “Messungen” werden, werden die T2K Ergebnisse die ersten sein, die einen Myon-Elektronneutrino-Wechsel gemessen haben. Wissenschaftler wollen diese Messung, um einen grundlegenden Parameter der Physik – Theta-13 – zu untersuchen, welcher den Myon-Elektronneutrino-Schalter kontrolliert.

Walter sagte, es gebe mehr als einen Weg, um Theta-13 zu messen und dass zurzeit mehrere Experimente darum konkurrieren, das erste zu sein.

“Es sind gute Nachrichten, dass wir Hinweise auf ein relativ großes Theta-13 haben, weil es mehr interessante Messungen ermöglicht, falls es groß genug ist”, sagte er.

Wenn Theta-13 groß ist, wird es Wissenschaftlern erlauben, den Unterschied zwischen Wechseln bei Neutrinos und Wechseln bei Anti-Neutrinos zu messen. Walter erklärte, dass im frühen Universum “etwas dafür sorgte, dass ein wenig mehr Materie als Antimaterie vorhanden war. Als sich die Materie und die Antimaterie gegenseitig auslöschte, blieb nur diese kleine Menge Materie übrig. Diese Materie ist alles, was wir heute um uns herum sehen. Aber niemand versteht, wie das geschah.”

“Der Unterschied zwischen den Eigenschaften von Neutrinos und Anti-Neutrinos, den wir in zukünftigen Experimenten messen könnten, gibt Anhaltspunkte darüber, wie das Mehr an Materie erzeugt wurde”, sagte Walter.

Natürlich hängt das alles davon ab, wie schnell T2K nach der Abschaltung wegen dem Erdbeben wieder online gehen kann. Aktuell ist der Neustart des Experiments für Ende des Jahres 2011 geplant.

Quelle: http://today.duke.edu/2011/06/t2k

(THK)

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