Mittwoch, 9. Februar 2011
Das Anti-Teilchen des Neutrinos
klauslange,13:58h
Über wichtige Forschungsarbeiten zu dem Thema berichtet astronews.com:
http://www.astronews.com/news/artikel/2011/02/1102-012.shtml
Unbekannt sind aber noch die absoluten Werte der Neutrinomassen und man weiß auch nicht, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind.
Teilchen mit einer solchen Eigenschaft nennt man Majorana-Fermionen, benannt nach dem italienischen Physiker Ettore Majorana, der nicht nur durch seine Beiträge zur theoretischen Teilchenphysik, sondern auch durch sein mysteriöses Verschwinden im Jahr 1938 in die Geschichte einging. Solche Teilchen müssten elektrisch neutral sein, denn das jeweilige Antiteilchen trüge anderenfalls die entgegengesetzte Ladung und wäre dadurch unterscheidbar. Wegen der grundsätzlichen Konsequenzen der Majorana-Eigenschaft für die Teilchenphysik und Kosmologie bemühen sich Forscher intensiv darum, diese experimentell zu testen.
Ein möglicher Nachweis wäre die Beobachtung des neutrinolosen Doppel-Betazerfalls, wonach seit kurzem im GERDA-Experiment im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) gesucht wird. Hier zerfallen normalerweise zugleich zwei Neutronen eines Germanium-Atomkerns in zwei Protonen unter Aussendung zweier Elektronen und zweier Antineutrinos. Als Majorana-Fermion kann aber das Antineutrino aus dem Zerfall des einen Neutrons als Neutrino von dem anderen Neutron gleich wieder verschluckt werden, so dass nur die beiden Elektronen beobachtet würden.
Ein solcher neutrinoloser Prozess ist sehr unwahrscheinlich und es bedarf eines großen experimentellen Aufwandes, um ihn überhaupt aus der Fülle von Hintergrundereignissen zu isolieren. Es gibt aber noch einen weiteren Zerfallsprozess, bei welchem umgekehrt zwei Elektronen aus der Atomhülle von zwei Protonen des Kerns quasi verschluckt werden, welche sich dabei in zwei Neutronen umwandeln und zwei Neutrinos aussenden. Die Forscher sprechen hier vom Doppeleinfang und hätte das Neutrino die Majorana-Eigenschaft, wäre auch der neutrinolose Doppeleinfang möglich.
Allerdings ist ein solcher Zerfall noch wesentlich unwahrscheinlicher als der neutrinolose Doppelbetazerfall und somit sein Nachweis praktisch aussichtslos - mit einer Ausnahme, auf die Forscher am Genfer CERN bereits in den 1980er Jahren hingewiesen haben: Wenn die Zerfallsenergie, also die Energiedifferenz zwischen Anfangs- und Endzustand dieses Kernprozesses sehr klein ist, würde eine resonante Verstärkung um viele Zehnerpotenzen erfolgen.
Resonanzen sind uns aus der Musik geläufig und der Instrumentenbauer wie der geübte Sänger nutzt sie, um einen tragfähigen Klang zu erzeugen. Mit Hilfe eines Resonanzeffekts, so hoffen die Physiker, könnte quasi auch der praktisch unhörbar leise Ton des neutrinolosen Doppeleinfangs im lauten Konzert der Materie nachweisbar werden.
http://www.astronews.com/news/artikel/2011/02/1102-012.shtml
Unbekannt sind aber noch die absoluten Werte der Neutrinomassen und man weiß auch nicht, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind.
Teilchen mit einer solchen Eigenschaft nennt man Majorana-Fermionen, benannt nach dem italienischen Physiker Ettore Majorana, der nicht nur durch seine Beiträge zur theoretischen Teilchenphysik, sondern auch durch sein mysteriöses Verschwinden im Jahr 1938 in die Geschichte einging. Solche Teilchen müssten elektrisch neutral sein, denn das jeweilige Antiteilchen trüge anderenfalls die entgegengesetzte Ladung und wäre dadurch unterscheidbar. Wegen der grundsätzlichen Konsequenzen der Majorana-Eigenschaft für die Teilchenphysik und Kosmologie bemühen sich Forscher intensiv darum, diese experimentell zu testen.
Ein möglicher Nachweis wäre die Beobachtung des neutrinolosen Doppel-Betazerfalls, wonach seit kurzem im GERDA-Experiment im italienischen Gran-Sasso-Untergrundlabor unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) gesucht wird. Hier zerfallen normalerweise zugleich zwei Neutronen eines Germanium-Atomkerns in zwei Protonen unter Aussendung zweier Elektronen und zweier Antineutrinos. Als Majorana-Fermion kann aber das Antineutrino aus dem Zerfall des einen Neutrons als Neutrino von dem anderen Neutron gleich wieder verschluckt werden, so dass nur die beiden Elektronen beobachtet würden.
Ein solcher neutrinoloser Prozess ist sehr unwahrscheinlich und es bedarf eines großen experimentellen Aufwandes, um ihn überhaupt aus der Fülle von Hintergrundereignissen zu isolieren. Es gibt aber noch einen weiteren Zerfallsprozess, bei welchem umgekehrt zwei Elektronen aus der Atomhülle von zwei Protonen des Kerns quasi verschluckt werden, welche sich dabei in zwei Neutronen umwandeln und zwei Neutrinos aussenden. Die Forscher sprechen hier vom Doppeleinfang und hätte das Neutrino die Majorana-Eigenschaft, wäre auch der neutrinolose Doppeleinfang möglich.
Allerdings ist ein solcher Zerfall noch wesentlich unwahrscheinlicher als der neutrinolose Doppelbetazerfall und somit sein Nachweis praktisch aussichtslos - mit einer Ausnahme, auf die Forscher am Genfer CERN bereits in den 1980er Jahren hingewiesen haben: Wenn die Zerfallsenergie, also die Energiedifferenz zwischen Anfangs- und Endzustand dieses Kernprozesses sehr klein ist, würde eine resonante Verstärkung um viele Zehnerpotenzen erfolgen.
Resonanzen sind uns aus der Musik geläufig und der Instrumentenbauer wie der geübte Sänger nutzt sie, um einen tragfähigen Klang zu erzeugen. Mit Hilfe eines Resonanzeffekts, so hoffen die Physiker, könnte quasi auch der praktisch unhörbar leise Ton des neutrinolosen Doppeleinfangs im lauten Konzert der Materie nachweisbar werden.
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klauslange,
Donnerstag, 10. Februar 2011, 13:24
scinexx berichtet auch
hier: http://www.g-o.de/wissen-aktuell-12967-2011-02-09.html
Für die Massenbestimmung vermaßen die Forscher die kreisende Bewegung einfach geladener Ionen im Magnetfeld einer speziellen Ionenfalle und schlossen aus der daraus gewonnenen Massendifferenz auf die gesuchte Energiedifferenz Qee zwischen Mutter- und Tochternuklid. Sie fanden heraus, dass das Gadolinium-Isotop mit der Massenzahl 152 (Gadolinium-152), welches in das Isotop Samarium-152 zerfällt, der zurzeit vielversprechendste Kandidat ist. Es ist somit das geeignete Isotop, um in zukünftigen Neutrino- Experimentaufbauten wie zum Beispiel in Gran Sasso untersucht zu werden mit dem Ziel, bei dessen Zerfall erstmalig die Vernichtung zweier Neutrinos nachzuweisen.
Für die Massenbestimmung vermaßen die Forscher die kreisende Bewegung einfach geladener Ionen im Magnetfeld einer speziellen Ionenfalle und schlossen aus der daraus gewonnenen Massendifferenz auf die gesuchte Energiedifferenz Qee zwischen Mutter- und Tochternuklid. Sie fanden heraus, dass das Gadolinium-Isotop mit der Massenzahl 152 (Gadolinium-152), welches in das Isotop Samarium-152 zerfällt, der zurzeit vielversprechendste Kandidat ist. Es ist somit das geeignete Isotop, um in zukünftigen Neutrino- Experimentaufbauten wie zum Beispiel in Gran Sasso untersucht zu werden mit dem Ziel, bei dessen Zerfall erstmalig die Vernichtung zweier Neutrinos nachzuweisen.
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