In diesem Kapitel werden die wichtigsten Grundlagen der Theorie und Phänomenologie der elektroschwachen Wechselwirkung in einem einfachen, elementaren Überblick zusammengestellt, so weit sie für die Neutrinophysik von Bedeutung sind. Die Darstellung ist mehr qualitativ-deskriptiv als mathematisch-formal und verzichtet auf Einzelheiten, Herleitungen und Vollständigkeit.

Norbert Schmitz

3. Experimente mit Neutrinos

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird ein kurzer Überblick über die verschiedenen Quellen von Neutrinos gegeben, die dann in späteren Kapiteln näher behandelt werden. Diese Neutrinoquellen können grob eingeteilt werden in künstliche Quellen und natürliche Quellen. Dabei dienen die künstlichen Quellen vor allem zur Herstellung von möglichst intensiven Neutrinoflüssen, um mit diesen Neutrinos zu experimentieren (z.B. Untersuchung von Neutrino-Reaktionen (Kap. 4, 5) oder von Neutrino-Eigenschaften (Kap. 6)), während die Neutrinos aus einer natürlichen Quelle meist dazu benutzt werden, um neben der Untersuchung von Neutrino-Eigenschaften (z.B. Neutrino-Oszillationen) auch Auskunft über ihre Entstehung und damit über die Quelle selbst zu gewinnen.

Norbert Schmitz

4. Neutrino-Elektron-Streuung

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die Neutrino-Elektron-Reaktionen behandelt. Insgesamt gibt es die folgenden vier elastischen ve-Streuungen von (Anti-) Neutrinos in einem Strahl an Elektronen in einem Target:

$$ \begin{array}{*{20}{c}} {\left( a \right)\;{v_\mu } + {e^ - } \to {v_\mu } + {e^ - }} \\ {\left( b \right)\;\overline {{v_\mu }} + {e^ - } \to \overline {{v_\mu }} + {e^ - }} \\ {\left( c \right)\,\,{v_e} + {e^ - } \to {v_e} + {e^ - }} \\ {\left( d \right)\overline {{v_e}} + {e^ - } \to \overline {{v_e}} + {e^ - }} \\\end{array} $$

(4.1)

Norbert Schmitz

5. Neutrino-Nukleon-Streuung

Zusammenfassung

Aus der tief-inelastischen (Anti-) Neutrino-Nukleon-Streuung [Com83, Per87, Schm88a, Rob90, Die91, Bil94, Per95, Lea96] erhält man Auskunft über die (Anti-)Neutrino-Quark-Streuung sowie über die innere Struktur der Nukleo-nen. Sie läuft ab entweder durch W^±-Austausch (1.78) (CC, Abb. 2.6f) oder durch Z⁰-Austausch (1.77) (NC, Abb. 2.9):

$$ \left( a \right)\;CC:{v_\mu } + N \to {\mu ^ + } + X,\;{\bar v_\mu } + N \to {\mu ^ + } + X $$

(5.1)

$$ \left( b \right)\;NC:{v_\mu } + N \to {v_\mu } + X,\;{\bar v_\mu } + N \to {\bar v_\mu } + X $$

(5.1)

Norbert Schmitz

6. Eigenschaften der Neutrinos

Zusammenfassung

Da Neutrinos eine zentrale Rolle in der Teilchenphysik sowie in der Astrophysik und Kosmologie spielen, sind ihre Eigenschaften (Tab. 6.1) [PDG96] von fundamentalem Interesse. Allerdings sind mehrere Fragen hinsichtlich dieser Eigenschaften bis heute immer noch unbeantwortet, so daß trotz zahlreicher Experimente noch relativ wenig über die Neutrinos bekannt ist. Diese offenen Fragen sind u.a.:

• Besitzen die Neutrinos v_e, vµ und v_τ eine wenn auch kleine, so doch von Null verschiedene Masse (massive Neutrinos) oder sind sie masselose Teilchen, wie das Photon, mit m_v = 0? Während die Masselosigkeit des Photons aus der Eichinvarianz der elektromagnetischen Wechselwirkung folgt, existiert für die Neutrinos kein derartiges Invarianzprinzip.
Warum ist, falls m_V ≠ 0 ist, diese Masse, zumindest für das v_e, so extrem klein? Warum sind Neutrinomassen so viel kleiner als die Massen der zugehörigen Leptonen e, µ und τ?
• Sind Neutrino und Antineutrino identische Teilchen (Majorana-Neutrino) oder voneinander verschiedene Teilchen (Dirac-Neutrino) (Kap. 1.3)?
• Können sich die Neutrinoarten z.B in Neutrino-Oszillationen unter Nichter-haltung der Leptonflavourzahlen L_e, L_µ, L_τ (Kap. 1.5) ineinander umwandeln oder sind die Leptonflavourzahlen streng erhalten?
Sind die Neutrinos stabile Teilchen oder haben sie eine endliche Lebensdauer?
Haben die Neutrinos elektromagnetische Eigenschaften, z.B. ein magnetisches Moment?

Norbert Schmitz

7. Neutrinos in der Astrophysik und Kosmologie

Zusammenfassung

Atmosphärische Neutrinos [Vui86, Kos92, Obe92, Kim93, Kaj94, Rob94, Bar95, Fog95a, Gai95, Gel95, Ros95, Sar95, Sta96, Win96], die durch die Kosmische Strahlung (Kap. 7.5) in der Erdatmosphäre entstehen, haben in den letzten Jahren möglicherweise Hinweise auf Neutrino- Oszillationen (Kap. 6.3) geliefert. Wegen des großen Erddurchmessers (L ≈ 10⁴ km) sind mit ihnen kleine Massenunterschiede von δm² ≳ 10^‒4 eV² zugänglich (Tab. 6.4).

Norbert Schmitz

Backmatter

Titel: Neutrinophysik
verfasst von: Prof. Dr. rer. nat. Norbert Schmitz
Verlag: Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN: 978-3-322-80114-2
Print ISBN: 978-3-519-03236-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-322-80114-2

Springer Professional

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Die wichtigsten experimentellen Entdeckungen

2. Überblick über die elektroschwache Wechselwirkung

3. Experimente mit Neutrinos

4. Neutrino-Elektron-Streuung

5. Neutrino-Nukleon-Streuung

6. Eigenschaften der Neutrinos

7. Neutrinos in der Astrophysik und Kosmologie

Backmatter