-
Rejtélyes neutrínók: tömegük van,de honnan?
Csongrád megyei FIZIKA tábor, Mártély,
2014.07.23.
Horváth Dezső
[email protected]
MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont
Részecske- és Magfizikai Intézet, Budapest
és MTA Atomki, Debrecen
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
1/28
-
Vázlat
Motiváció
Neutrínó-keletkezés
Rejtélyek: hiány
Neutrínó-oszcilláció
Hányféle neutrinó van?
További rejtélyek: tömeg, keveredés
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
2/28
-
Neutrínóforrások
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
3/28
-
Neutrínóforrások
Kozmikus sugarak (szupernova, ősrobbanás, ...)
Nap: magfúzió 4 H → He + 2 e+ + 2 νe108 km, csak νeAtomreaktor,
bomba: ∼ 1km, csak νeLégkör: kozmikus sugarak másodlagos
részecskéiπ±→µ±νµ; µ
±→e±νµνe30 km, νe, 2 νµ ν és ν
Gyorsító: analóg légkörrel ∼ 1km
Föld belseje: geoneutrínókAntineutrínók természetes
rádioaktívitásbólU, Th β-bomlása: n→p + e + νe
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
4/28
-
Standard modell: 3 könnyű neutrínó
Töltéskiegyenlítés miatt N (kvarkíz)=N (lepton)
Több neutrínó ⇒ adott σtot mellett kisebb σhad(nehezebb
pót-kvarkok és -leptonok)
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
5/28
-
Debrecen, 1956: a νe megfigyelése
Szalay Sándor és Csikai Gyula a ködkamrával, és
azelektron-antineutrínó nyoma
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
6/28
-
A Nap neutrínói41H→4He + 2e+ + 2νe
Észlelési egység:Solar Neutrino Unit
1 SNU =10
−36ν− kölcsönhatásatom · sec
≈ 1 ν-kh/nap/1030 atom(10 – 100 t anyag)
Mérés: νe +37 Cl→37Ar + e−
(R. Davis, Nobel-díj 2002)
Várt: 8, 2± 1, 8 SNU;mért: 2, 56± 0, 23 SNU
Elvesztek??
Kihűl a Nap?? Mi rossz: Napmodell vagy mérés?
Mindkettő megerősítve...
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
7/28
-
Légköri neutrínók
π+→µ+νµµ+→e+νµνe
π−→µ−νµµ−→e−νeνµ
Várt: Nµ/Ne ∼ 2Mért: Nµ/Ne ≪ 2
Hova lesznek?
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
8/28
-
Rengeteg a neutrínó-kísérlet!
Bányában, alagútban, víz és jég alatt17 lezárt, 34 működő, 9
épülő, 7 tervezett
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
9/28
-
Észlelés vízben
νen→e−p νep→e
+n
νµn→µ−p νµp→µ
+n
Bennszülött, nagyenergiájú e±, µ±
Cserenkov-sugárzás: ellipszisalak, időzítés ⇒ irány
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
10/28
-
Szuper-Kamiokande (SKK)Kamioka Nucleon Decay Experiment
(Eredetileg protonbomlásra)
1000 m mély Kamioka bányában (M. Koshiba, Nobel-díj 2002)
Belső detektor (1996-2001):Ø39 m × 42 m tartálycca. 50000 t
tiszta H2O11146 PMT (Ø50 cm !!)pµ > 100 MeV/c ⇒ ǫ ∼ 100%2001-ben
öngyilkos lett,6600 PMT (à 3000 $) berobbantátrendezve:
2001-2005helyreállítás: 2005-06
Külső detektor:vétó: átfutó e, µ n, γ falból2 m vastag H2O
(fény is!)1857 PMT (Ø20 cm) kifelé
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
11/28
-
Szuper-Kamiokande belülről
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
12/28
-
Szuper-Kamiokande: nap-neutrínók
Azonosított forrás:irány, energia, fajta
Standard Solar Model 40%-a
SKK adatSSM MC = 0, 406± 0, 004
+0, 014
−0, 013
(mért érték ± stat. ± sziszt. szórás)
Korábbi mérések rendben
de hova tűnnek?
A Nap-neutrínók rekonstruáltforrása
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
13/28
-
Szuper-Kamiokande: müonok
Légköri neutrínók (Eν < 1 GeV):
Müonok azonosítása: lassulás, bomlás(Nµ/Ne)data(Nµ/Ne)MC
= 0, 688± 0, 016± 0, 050 Hova lesznek?
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
14/28
-
Neutrínó-oszcillációBruno Pontecorvo, 1963
Neutrínó-állapotokatgyenge kölcsönhatás
keveri
Gyenge kh. sajátáll.:(νe, νµ)
Tömegállapot:(ν1, ν2)
Egymásba alakulnak(Θ: keveredési szög)
Oszcilláció két állapotközött: νe⇔νµ
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
15/28
-
SKK: légköri neutrínók
Sok-GeV-esmüon-neutrínókra
νµ⇔ντ oszcilláció
Föld átmérőjén
M. Koshiba, Nobel-díj,2002
Fluxus föl/Fluxus le = 0, 54± 0, 04
1, 3× 10−3eV2 ≤ ∆M2atm ≤ 3, 0× 10−3eV2
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
16/28
-
A SNO detektorrendszereSudburyNeutrinoObservatory
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
17/28
-
SNO: a nap-neutrínók
Teljes fluxus ≈ elmélet
νe eloszcillál
∆M2 = 8× 10−5 eV2
Θ = 30◦
Losc[km] = 2πE[GeV]
1,27∆M2[eV2]
Légköri neutrínók: νµ⇔ ντ oszcilláció Föld átmérőjén
Nap-neutrínók: νe⇔ νX oszcilláció Nap-Föld távolságon
Legalább két neutrínóra mν > 0!
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
18/28
-
IceCube: 2.8 km az Antarktisz jegében
2011↓
2013
250 TeV-es neutrínó
Eν =
1060 TeV!
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
19/28
-
A jelenlegi szituáció
Tömeg-sajátállapotok
Állapotfrakciók:xxxx νe/////// νµ\\\\\ ντ
Gyengesajátállapotok
Légkör: ∆M2 ≈ 2.4× 10−3 eV2
Nap: ∆M2 ≈ 7.6× 10−5 eV2
Megoldottuk problémákat? Tömeges a neutrínó...
Még több lett a neutrínó-rejtély!
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
20/28
-
Honnan van a neutrínók tömege??A neutrínó oszcillációja
rejtélyes, hiszen csak egyféle
kölcsönhatása ismeretes, nem szabadna kevert állapotának
lennie.
A neutrínótömegek kilógnak a standard modellből, sértenünk
kell
vagy hozzáadnunk, hogy magyarázzuk.
νR és νL hipertöltése Y = 0, steril (nincs párban töltött
leptonnal)? Olyant nem látunk (LSND-kísérlet?)
Majorana-részecske, ν = ν?
Több Higgs-tér van, hogy tömeget adna neki?
Ötödik erő keveri?
Miért olyan kicsi? Seesaw mechanizmus: Könnyű Dirac +
nehéz steril?
Oszcilláció csak ∆M2ν -et ad Mν < 2 eV (trícium-bomlás)
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
21/28
-
Gyorsítós neutrínó-kísérletekneutrínók egymásba alakulásának
(neutrínó-oszcilláció)
vizsgálatára
Kozmikus protonok a légkörben piont keltenek:pA→π±X π±→µ±νµ;
µ
±→e±νµνe L ∼ 30km
Gyorsító analóg légkörrel
L ∼ 1 . . . 1000 km, νe + 2νµ; ν és ν
Nagy energián π±→µ±νµ előre megy.
Müon lelassul bomlás előtt ⇒ termékei
szerteszéjjelrepülnek.
Irányítva: ∼ tiszta νµ nyaláb .
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
22/28
-
LSND: 4. (steril) ν? ⇒ MiniBooNE
Nagyobb energia:E ≈ 500 MeV
LSND: 30 MeV
Hosszabb repülési táv:L ≈ 500 m
LSND: 30 mDe L/E és oszcilláció azonos
2007: MiniBooNE-kísérlet cáfolja LSND-t2009: talán mégsem,
egyelőre csak nem látja
2012: mégis megerősíti? 3, 8σ többlet!!
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
23/28
-
Nagy távolságú gyorsítós kísérletek
CNGS: CERN → Gran Sasso:OPERA, 732 km
K2K: KEK → Kamioka: 250 km
Fermilab → MINOS: 735 km
T2K (Tokai → Kamioka): 295 km
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
24/28
-
KArlsruhe TRItium Neutrino: M(νe)
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
25/28
-
KATRIN szállítása: 400 ⇒ 9000 km
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
26/28
-
Összegzés
A neutrínókat nem értjük, mérni kell
Eldöntendő kérdések ⇒ új fizika:Honnan a tömeg?Bővítendő-e a
Higgs-szektor?
Önmaga antirészecskéje vagy nemvagy mindkettő?Van-e steril
ν?Valami új erő keveri őket?
Sok új kísérlet vizsgálja őket:
... csak kijön valami !!!
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
27/28
-
Köszönöm a figyelmet!
Horváth Dezső: Neutrínótömeg Atomki, Debrecen, 2014 – p.
28/28
VázlatNeutrínóforrásokNeutrínóforrásokStandard modell: 3 {em
könnyû} neutrínóDebrecen, 1956: a $ol {u }_mrm {e}$ megfigyeléseA
Nap neutrínóiLégköri neutrínókRengeteg a neutrínó-kísérlet!Észlelés
vízbenSzuper-Kamiokande (SKK)Szuper-Kamiokande
belülrõlSzuper-Kamiokande: nap-neutrínókSzuper-Kamiokande:
müonokNeutrínó-oszcillációSKK: légköri neutrínókA SNO
detektorrendszereSNO: a nap-neutrínókIceCube: 2.8 km az Antarktisz
jegébenA jelenlegi szituációHonnan van a neutrínók
tömege??Gyorsítós neutrínó-kísérletekLSND: 4. (steril)$u $? Ra
MiniBooNENagy távolságú gyorsítós kísérletekKArlsruhe TRItium
Neutrino: $M(u _mrm {e})$KATRIN szállítása: 400 Ra 9000
kmÖsszegzésKöszönöm a figyelmet!
