Daya-Kollaboration bestimmt letzten Neutrino-Mischwinkel

  • 13. March 2012

Experimente an Reaktorneutrinos in Südchina weisen erstmals sicher nach, dass der fundamentale Parameter Theta-1-3 größer als Null ist.

Der internationalen Kollaboration Daya Bay Reactor Neutrino Experiment ist es als erster gelungen, mit über fünf Sigma den Neutrino-Mischwinkel θ13 zu bestimmen. Dieser Winkel ist ein fundamentaler Parameter der Neutrinomischungs-Matrix. Von ihm erhofft man sich eine Erklärung für die Dominanz von Materie gegenüber Antimaterie. Andere Experimente hatten bereits auf einen Wert von θ13 größer Null hingewiesen, aber nicht die Signifikanz der Daya Bay-Daten erreicht.

Abb.: Einer der sechs Detektoren für den Nachweis von Elektron-Antineutrinos. Am Rand sind die Reihen von Fotomultipliern zu sehen.

Abb.: Einer der sechs Detektoren für den Nachweis von Elektron-Antineutrinos. Am Rand sind die Reihen von Fotomultipliern zu sehen. (Bild: R. Kaltschmidt, LNBL)

Das Experiment besteht gegenwärtig aus sechs unterirdischen Detektoren in der Nähe der Kernkraftwerke Daya Bay und Ling’ao, die knapp über 50 Kilometer von Hongkong entfernt sind. Die Anlage ist noch nicht voll ausgebaut; zwei weitere Detektoren sind derzeit im Bau. Drei der Detektoren befinden sich in gut 400 Metern Entfernung von den Kraftwerken, die anderen drei sind über einen Kilometer von den Meilern weg. In den Kernkraftwerken entsteht eine Unmenge von Elektron-Antineutrinos. Dank des Entfernungsunterschiedes zwischen den Detektoren können diese sich über Neutrinooszillationen teilweise in Myon- oder Tau-Antineutrinos umwandeln und sich damit dem Nachweis entziehen. Durch den Mangel an nachweisbaren Elektron-Antineutrinos schlossen die Forscher dann auf den Parameter θ13.

Die Detektoren bestehen aus Flüssig-Szintillatoren auf Basis des Elements Gadolinium. Die Neutrinos lassen sich durch die Bildung von Elektronen nachweisen, deren Cherenkov-Strahlung auf Photomultiplier fällt. Die Forscher konnten über 55 Tage insgesamt einige Zehntausend Neutrinos zählen und somit die notwendige statistische Genauigkeit erreichen. Aus den verschwundenen sechs Prozent an Neutrinos ergibt sich sin2(2 θ13) zu 0,092 ± 0,017 mit einer Signifikanz von 5,2 σ.

Der jetzt gemessene relativ große Wert von θ13 ist eine gute Nachricht für Neutrinoforscher weltweit, denn ein kleiner Wert hätte viele Experimente schwieriger gestaltet oder unmöglich gemacht; insbesondere weil Neutrinooszillationen dann nur über längere Strecken zu beobachten gewesen wären. Künftig erwarten die Wissenschaftler von der Erforschung der Neutrinooszillationen ein besseres Verständnis der CP-Verletzung und damit auch des Unterschiedes zwischen Materie und Antimaterie.

Dirk Eidemüller

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PH

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