Neutrino-Mischung bestätigt

  • 11. April 2012

Reaktorexperiment in Südkorea ermittelt den fundamentalen Mischwinkel Theta-1-3 in Übereinstimmung mit jüngsten Ergebnissen.

Erst vor kurzem hatten Wissenschaftler eines chinesischen Neutrinoexperimentes nachweisen können, dass der Neutrino-Mischwinkel θ13 größer als null ist. Nun ist es Forschern der südkoreanischen Kollaboration RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillations) gelungen, diese Messungen zu bestätigen. Der Wert von sin2(2 θ13) wird von der RENO-Kollaboration mit 0,103 angegeben, mit einem statistischen Fehler von 0,013 und einem systematischen Fehler von 0,011. Die Signifikanz der Messungen liegt nach Korrekturen bei 4,9 σ. Der Nachweis gilt damit als so gut wie sicher.

Abb.: Innenansicht des RENO-Detektors. (Bild: RENO-Kollaboration)

Abb.: Innenansicht des RENO-Detektors. (Bild: RENO-Kollaboration)

Die Übereinstimmung zwischen den knapp einen Monat alten Ergebnissen der chinesischen Daya-Kollaboration und den jetzt veröffentlichten Messungen bedeutet gute Neuigkeiten für die Neutrinoforschung, denn damit sollten letzte Zweifel an der Größe des Mischwinkels ausgeräumt sein. Der hohe Wert von θ13 bedeutet eine recht starke Neutrinomischung und erleichtert somit künftige Experimente, die Neutrinooszillationen erforschen und den Unterschied zwischen Materie und Antimaterie erhellen sollen.

Beide Experimente besitzen eine Reihe von Übereinstimmungen. Sie basieren auf Flüssigszintillator-Tanks, die Elektron-Antineutrinos mit Hilfe des Elements Gadolinium nachweisen. Dies geschieht über den inversen Beta-Zerfall, bei dem das Elektron-Antineutrino mit einem Proton reagiert und sich in ein Positron und ein Neutron umwandelt. Der Nachweis erfolgt dann über die Koinzidenz des sofort sichtbaren Positronsignals und des leicht verzögerten Neutroneneinfangs durch das Gadolinium.

Die zwei Antineutrino-Detektoren des RENO-Experiments sind unterirdisch verortet um den Einfluss kosmischer Strahlung klein zu halten. Sie befinden sich in unterschiedlicher Entfernung von den Kernkraftwerken, die als Neutrinoquelle dienen. Die beiden baugleichen, 16 Tonnen schweren Instrumente sind knapp 300 bzw. 1400 Metern vom Kraftwerk weg und 120 bzw. 450 Meter unter der Erde. Das Kernkraftwerk Yonggwang an der südkoreanischen Westküste ist eines der leistungsstärksten mit sechs Reaktorblöcken und besitzt eine thermische Gesamtleistung von 16,5 Gigawatt.

Da sich einige Elektron-Antineutrinos während der Flugstrecke in andere Neutrinosorten umwandeln, lässt sich aus dem Schwund auf die Stärke des Mischwinkels schließen. Im näheren Detektor maßen die Forscher 154.088 Neutrinos, im weiter entfernten 17.102 über einen Zeitraum von 229 Tagen. Unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse entspricht dies einer Oszillation von 8 Prozent der Elektron-Antineutrinos.

Dirk Eidemüller

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