Sonne und Neutrinos - Universität Bielefeld

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Sonne und Neutrinos
Aaron von Kamen
Universität Bielefeld
25.06.2014
Einführung: Das Neutrino
Es existiert in 3 Generationen. Elektron-,Tau-,Myonneutrino.
Erstmals postuliert durch Wolfgang Pauli, da beim Betazerfall
das Elektron ein kontinuierliches Spektrum aufweist (dies
forderte ein drittes Teilchen in dem Prozess).
Wechselwirkung der Neutrino nur bei Prozessen der
schwachen Kernkraft. Wegen seiner Ladungsneutralität und
seines geringen Wirkungsquerschnittes, wechselwirkt es kaum
mit anderer Materie.
Entdeckung
Erstmals wurde es 1956 beim
Cowan-Reins-Neutrinoexperiment nachgewiesen.
Man nutzte einen Kernreaktor als Antineutrinoquelle und
einen Wassertank.
Es wurde folgende Reaktionskette nachgewiesen:
ν̄ + p
→
n + e+
(1)
Daher ν̄ wechselwirkt mit einem Proton und man erhält ein
Neutron und ein Positron als Zerfallsprodukt.
Man detektierte die Photonen mit der mit der Energie von
511keV, welche bei der Positronelektronvernichtung entstehen.
Die entstanden Neutronen kühlten durch Streuprozesse auf
thermische Energie ab und sollten in gelöstem Cadnium
einfangen werden. Bei der Einfangreaktion entsteht
γ-Strahlung.
Solare Neutrinos geben Info über Vorgänge in der Sonne!
Wie funktioniert die Sonne? Wie alt ist die Sonne?
Theorie: Kernfusion!
Die Sonne besteht aus 75 Prozent Wasserstoff.
⇒ Zwei leichte Atome verschmelzen zu einem schwerem Atom!
Diese Überlegung führte zur Proton-Proton-Reaktionskette.
PP-Reaktionskette
Problem!
Trotz des enormen Drucks und der 15 Millionen Kelvin
Kerntemperatur benötigen zwei H-Atome im Mittel 10 Milliarden
Jahre, um zu Deuteron zu verschmelzen!
Wie können dann Sterne Wasserstoff in nennenswerten
Mengen verbrennen?
Zwei Fakten erlauben es!
Fakt 1: In der Quantenmechanik spricht man von dem sogenannten
Tunneleffekt, der es erlaubt die Coulomb-Barriere zu untertunneln.
Fakt 2: Eine unglaublich große Menge von Wasserstoffkernen in
der Sonne.
CNO-Zyklus (Hauptzyklus)
CNO-Zyklus (Nebenzyklus)
CNO-Zyklus
Der CNO-Zyklus unterteilt sich in einen Haupt- und
Nebenzyklus.
Beim Hauptzyklus wirkt also der Kohlenstoff als eine Art
Katalysator.
Beim Nebenzyklus wirkt der Sauerstoff als Katalysator.
⇒ Fordert Spuren von C und O im Stern.
Resultat
Die Sonne verbraucht 600 Millionen Tonnen Wasserstoff pro
Sekunde. Sie nimmt also ständig an Masse ab.
Man schätzt nach diesen Überlegungen einen Neutrinofluss
von etwa 1044 Neutrinos pro Sekunde.
Da Neutrinos anders als Photonen ungehindert aus der Sonne
austreten können, sollte man diese ohne weiteres auf der Erde
registrieren können.
Neutrinodetectoren
Ein riesiger Tank versehen mit unzähligen Detektoren. Eine
Messung wird über Jahre gemacht. Man registriert die bei
Kollisionen der Neutrino mit dem Zielmaterial entstehenden
Photonen.
Quellen
http : //de.wikipedia.org/wiki/Neutrino
Harald Lesch und Jörn Müller: Weißt du, wie die Sterne
stehen.
LBNE Fermilab: Neutrino Detector
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