Vielen Dank. Ich werde Ihnen heute etwas Ungewöhnliches beschreiben.
Etwas, das nach meiner Einschätzung zunehmend an Bedeutung gewinnen wird,
nämlich die Beschaffenheit und Existenz von Neutrinos als Teilchen. Das ist Astroteilchenphysik.
Ich würde sagen, dass die Entdeckung des Higgs-Bosons am CERN LHC, wie auch Professor Veltman eben sagte,
das erfolgreiche Standardmodell krönen wird und eine Überprüfung der Higgs-Boson-Kopplungen an Eich-Bosonen
und Fermionen erforderlich machen wird.
Neutrinomassen und -oszillationen gelten heute als wesentlich experimentell nachgewiesen
und repräsentieren eine reelle Möglichkeit für die Physik, über das hinauszugehen,
was Professor Veltmann Ihnen so detailliert als das Standardmodell vorgestellt hat.
Die einzigen Elementarfermionen, deren grundlegenden Eigenschaften nach wie vor größtenteils unbekannt sind,
nämlich Neutrinos, müssen deshalb im Mittelpunkt stehen, wenn es darum geht,
unser Wissen über das Standardmodell zu vervollständigen.
Die im Vergleich zu anderen Elementarfermionen unglaublich winzigen Neutrino-Massen,
die wir nach wie vor nicht genau kennen, weisen auf ein spezifisches Szenario hin, das nach Aufklärung verlangt.
Die astrophysikalische Bedeutung der Neutrinos ist natürlich immens. Das gilt auch für ihre kosmische Evolution.
Die Anfänge einer experimentellen Neutrino-Physik werden 1956 mit der ersten Beobachtung von Antineutrinos in einem Reaktor,
dem Savannah River Reactor, durch Cowan und Fred Reines markiert. Bis zum Nobelpreis hat es dann noch exakt 40 Jahre gedauert.
Fred Reines erhielt den Preis 1995. Grundidee ist eine Quelle, ein Reaktor.
Ein Elektron-Neutrino aus Beta-Zerfall und reich an Spaltungsprodukten.
Und die Hauptverantwortlichen sind im Wesentlichen Uranisotope.
Und Plutoniumisotope sind die Hauptverantwortlichen für die Erzeugung dieses Beta-Zerfalls.
200 MeV ist das Spaltprodukt für jedes Ereignis.
Bei jeder Spaltung werden sechs Elektron-Neutrinos erzeugt, was eine enorme Neutrinomenge ergibt.
Das sind 2*10^20 Elektron-Neutrinos pro GeV, thermisch, in jeder einzelnen Sekunde.
Und wir reden über eine riesige Energiemenge.
Die Reaktoren sind sehr groß und deshalb ist die Zahl der Neutrinos absolut astronomisch. Der Nachweis ist relativ einfach.
Er basiert auf einem Szintillator. Der basiert auf einem inversen Beta-Zerfall.
Das Elektron-Neutrino plus Proton wird zu einem Positron plus einem Neutron. Und was man dann sieht, ist die Rate.
Und man beobachtet dann das Spektrum und das einzige mögliche Verflüchtigungsexperiment.
In dieser Grafik hier sieht man, wie das Experiment abläuft.
Das Neutrino ist da, kollidiert mit dem Kern und erzeugt ein Elektron, was ein Positron ist, das erfasst wird.
Und das Neutron wandert einige Mikrosekunden umher und wird dann eingefangen und durch Gammastrahlenerfassung beobachtbar.
Das Signal zwischen Gammastrahlenerfassung und Neutron und das Signal für das Positron werden
also zur Erfassung der betreffenden Ereignisse verwendet.
In diesen Experimenten beobachtet man keine anderen Neutrinos, da die anderen Neutrinos bekanntlich viel ...
ganz anders sind als diese hier. Inzwischen sind viele Jahre vergangen.
Heute werden wesentlich umfassendere, riesige Neutrino-Experimente durchgeführt. Ich möchte einige davon erwähnen.
Eines ist das Daya-Bay-Experiment mit einer Serie von sechs kommerziellen Reaktorkernen,
bei dem rund 14,4 GeV an Gesamtteilchen eingesetzt werden.
Und es gibt dort Antineutrino-Detektoren mit einer angegebenen Gesamtmasse von unglaublichen 120 Tonnen.
Die Experimente werden in dieser Grafik hier gezeigt.
Das hier ist der Reaktor und das sind die Orte, an denen die Experimente stattfinden.
Sie befinden sich unterirdisch auf einer Achse in der Größenordnung von mehreren hundert Metern Wasseräquivalent,
um die kosmische Hintergrundstrahlung zu eliminieren. Dieses Experiment wird im Wesentlichen in China durchgeführt.
Ein weiteres erwähnenswertes Experiment ist das RENO-Experiment. Vergleichbare Situation.
Sie sehen dort sechs riesige Reaktoren, die Neutrinos erzeugen.
Diese Neutrinos werden von einem nahe positionierten Detektor in 250 Metern Entfernung
und von einem entfernten Detektor unter dem Berg in einer Entfernung von 1,3 Kilometern erfasst.
Und Sie sehen hier den Lageplan der gesamten Anlage, die jetzt in Betrieb ist und sich in Korea befindet.
Ein weiterer wichtiger Aspekt, den ich an dieser Stelle gerne erwähnen möchte, ist die Tatsache,
dass aufstrebende Länder wie Korea und China auf dem Gebiet der Neutrinophysik zunehmend Stärke und Erfolg beweisen
und bedeutendste Ergebnisse erzielen.
Und schließlich gibt es das andere bedeutende Projekt, nämlich die Kombination aus Beschleunigern und Neutrino-Detektoren.
Hier sehen Sie eine Darstellung des vom CERN nach Gran Sasso verlaufenden Neutrino-Strahls.
Ein Strahl vom CERN, das hier mit dem bekannten See zu sehen ist, emittiert -
wie bereits von Martinus Veltman eben beschrieben - Neutrinos, die die Alpen unterqueren
und unterirdisch über 20 Kilometer die Po-Ebene passieren.
Sie tauchen dann aufgrund der Erdrotation wieder auf und landen in einem Labor, in einem riesigen Labor,
das sich in Gran Sasso befindet. Hier können Sie die vielen verschiedenen Bereiche sehen.
Und das hier ist die Stelle, an der die Neutrinos eintreffen.
Die Neutrinos legen zwischen Ausgangspunkt und Ankunftspunkt rund 730 Kilometer zurück.
Und über diese Entfernung sind, wie Sie sehen werden, unendlich viele Phänomene eingetreten, beispielsweise Oszillationsphänomene.
Kurz gefragt: Wie viele Neutrino-Spezies gibt es in der Natur?
Das ist eine Frage, die auch Martinus im Zusammenhang mit der Tatsache von drei Quarks in drei Familien gestellt hat.
Die Neutrino-Oszillation hat für ein Bild gesorgt, das eine Mischung aus drei physikalischen Neutrinos bestätigt:
Elektron-Neutrino, Myon-Neutrino und Tau-Neutrino mit Unterstützung von drei Masseneigenzuständen, v1, v2, v3,
in einer Matrixfunktion. Ob Sie es glauben oder nicht: Die tatsächlichen Neutrinomassen sind bis heute unbekannt.
Alles, was wir heute kennen, sind die Massenunterschiede: Die unterschiedliche Masse zwischen Elektron-Neutrino
und Myon-Neutrino oder Myon-Neutrino und Tau-Neutrino. Wir kennen die tatsächlichen Massen nicht.
Wir wissen aber, dass sie sehr klein sind.
Die Summe der Stärke der Kopplungen aller möglichen unsichtbaren Neutrino-Zustände wird anhand des Nullteilchens beobachtet.
Man nimmt das Nullteilchen und lässt es zerfallen.
Im Zerfallsprozess sind einige Ereignisse nicht sichtbar, weil Neutrinos nicht erfassbar sind.
Durch zusätzliche Zählung aller Ereignisse, bei denen es sich um unsichtbare Zustände handelt, kann man dann feststellen,
wie viele neue Neutrino-Arten vorhanden sind. Alle Neutrino-Arten sollten mit dem Nullteilchen verbunden sein.
Und dann findet man heraus, dass ihre Zahl tatsächlich bei drei liegt. Nicht bei 35, sondern bei drei.
Wir kommen jedoch zu dem Schluss, dass das Ergebnis der Zahl von drei Neutrinos nur möglich ist,
wenn die Neutrinos ähnlich wie Leptonen eine einheitliche Stärke aufweisen.
Es sind auch andere zusätzliche Elemente denkbar, die die Zahl 3 auf eine größere Zahl von Objekten erweitern.
Derzeit sind die experimentell gemessenen drei schwachen Kopplungsstärken kaum bekannt
und lassen eine Menge Raum für weitere exotische Alternativen.
Und es gibt im Zusammenhang mit Neutrinos einige Belege für die Existenz von zahlreichen Anomalien.
Wir haben das als Anomalien bezeichnet, was natürlich zum derzeitigen Zeitpunkt äußerst spekulativ ist.
Sie sind sehr interessant, sehr spannend, aber auch sehr spekulativ.
Und in den nächsten Jahren wird sich experimentell bestätigen müssen, ob das stimmt oder nicht.
Und die Geschichte, die wir hier erzählen wollen und die mehr oder weniger der Titel meines Vortrags ist,
ist die Frage der sterilen Neutrinos. Was sind sterile Neutrinos?
Sterile Neutrinos sind eine hypothetische Art von Neutrinos,
die nicht über irgendeine grundlegende Wechselwirkung des Standardmodells miteinander interagieren, mit Ausnahme der Schwerkraft.
Da sie per se nicht elektromagnetisch schwach oder stark interagieren, sind sie extrem schwierig zu erkennen.
Sind sie schwer genug, können sie auch zur kalten oder dunklen Materie und warmen dunklen Materie im Universum beitragen.
Sterile Neutrinos können sich mit normalen Neutrinos über einen Massenterm vermischen.
Ein entsprechender Nachweis könnte sich nach mehreren Experimenten aufbauen.
Es gibt zwei grundlegende experimentelle Anomalien, die in diesen experimentellen Daten auftreten.
Eine der Anomalien betrifft die Beobachtung eines Lichts mit einer Masse
in einer Größenordnung von 1 eV^2 eines sterilen Neutrinos aus einem anfänglichen My-Neutrino- Beschleunigerexperiment.
Und ein zweiter anomaler Effekt ist das Verschwinden von Neutrinos.
Wenn man die Neutrinos zählt, die aus einem Kernreaktor kommen, erhält man tatsächlich weniger Neutrinos,
als seit Beginn des Produktionsprozesses vorhanden sein müssten. Und deshalb könnten einige Neutrinos verschwunden sein.
Oder sie sind da und nicht direkt erkennbar.
Die gleiche Situation zeigt sich auch bei hochintensiven Megacurie-Elektron-Neutrino-Konversionsquellen.
Dabei handelt es sich ebenfalls um Konfigurationen, bei denen man Neutrino-Emissionen von einer Quelle nimmt und weiß,
wie viele aus der Quelle stammen. Und man weiß auch, wie viele man experimentell erfasst hat und ermittelt daraus den Verlust.
Diese Verluste sind derzeit einer der wesentlichen Gründe für das Interesse
und die Beschäftigung mit der Möglichkeit steriler Neutrinos. Wie viele sterile Neutrinos sind es? Das weiß niemand.
Das Argument wird hier an einem Beispiel deutlich, das auf dieser Zeichnung zu sehen ist.
Es gibt hier ein einziges steriles Neutrino.
Es gibt die drei Neutrinos: Tau-Neutrino, My-Neutrino, E-Neutrino, in dieser Reihenfolge.
Möglicherweise auch in einer anderen Reihenfolge, aber sie sind auf jeden Fall da.
Und dann gibt es ein zusätzliches steriles Neutrino, weiter oben. Dies ist ein 3-zu-1-Modell.
Nun, aus diesem Prozess ist eine My-Neutrino/E-Neutrino-Interaktion auf winzigstem Niveau zu erwarten,
weil das My-Neutrino und das sterile Neutrino miteinander interagieren können.
Und das E-Neutrino und das sterile Neutrino können ebenfalls miteinander interagieren.
Und Tatsache ist, dass diese beiden Prozesse möglich sind. Deshalb ist eine Situation denkbar,
in der eine offensichtliche E-Neutrino-Produktion in einem dominanten My-Neutrino zu beobachten ist,
und zwar aufgrund eines vorübergehenden Durchlaufens eines einzigen, neutrino-skaligen, sterilen Neutrino-Ereignisses,
ein S-Neutrino. Aktuelle Messungen enthalten Hinweise darauf, dass möglicherweise nicht nur ein Neutrino,
sondern zwei sterile Neutrinos vorhanden sein könnten. Das ist ein ziemlich theoretisches Modell.
Hier sehen Sie zwei sterile Neutrinos, die mit drei normalen Standard-Neutrinos zusammenkommen.
Und sie sind komplexer, schwieriger und keiner weiß wirklich, ob die Natur hier etwas anderes vorgegeben hat.
Ich möchte darauf hinweisen, dass -
wenn im Sinne einer Neutrino-Paritätsverletzung mindestens zwei Neutrinos präsent sein müssen -
das sterile Neutrino zu bevorzugen ist. Aber das ist alles reine Theorie. Was sagen die Experimente?
Die Experimente mit Neutrinos, sterilen Neutrinos begannen mit einer so genannten LSND-Anomalie.
Das ist ein vor rund 20 Jahren durchgeführtes Experiment,
bei dem aus einem Protonenbeschleuniger am LAMPF ein äußerst intensiver Protonenstrahl auf ein Target gerichtet wurde.
Und auf diese Weise erzeugt man ... erzeugen die Pionen Myonen, die dann in Elektronen zerfallen.
Und die Elektronen sind dann mit E-Antineutrino- und My-Neutrino-Oszillationen in dieser Form verbunden.
Und das Signal, das Sie hier sehen,
bedeutet das Vorliegen einer Anomalie von Elektronen-Neutrinos in einer vertrauten Situation, die mit Pionen und Myonen begann.
Es sollten auch Neutrinos, My-Antineutrinos vorhanden sein, also Elektron-Antineutrinos statt My-Antineutrinos.
Das ist sehr frappierend. Man sieht die Darstellung des Verhältnisses der Pfadlänge, geteilt durch die Neutrino-Energie in MeV.
Und Sie sehen hier die Meter pro MeV, ungefähr 1 oder 2 Meter pro MeV.
Das ist also ein relativ kurzes Objekt, ein paar Meter lang. Und Sie sehen hier eine auffällige Spitze, das ist das Signal.
Und alle anderen Hintergrundeffekte sind wesentlich geringer.
Man hat also ein Überschussereignis oder Elektron-Antineutrinos unbekannter Herkunft, mit 87 plus oder minus 22 usw.,
mit einer relativ geringen Ereigniswahrscheinlichkeit, die aber auch wieder nicht so gering ist, nämlich 0,2%.
Und das ergibt eine Evidenz von 3,8 für die Oszillation.
Ein solches Ergebnis hatte mehrere Jahre Bestand und war unbestritten. Am Fermi Lab wurde dann ein neues Experiment entwickelt.
Es wird MiniBooNE genannt. Dieses Experiment ist konventioneller arrangiert.
Man nimmt einen Booster-Beschleuniger, man erzeugt Targets für Protonen, Protonen werden zu Pionen,
Pionen werden zu Myonen, Myonen durchdringen Schmutz und werden vom Detektor erfasst.
Und auch dieses Experiment hat das Vorliegen einer LSND-Anomalie bestätigt, sowohl im Neutrino als auch im Antineutrino.
Und man sieht das anhand dieser Grafik. Hier ist L/E, die Länge geteilt durch die Energie.
Und Sie sehen das Neutrino, das Antineutrino, beide zeigen ein deutliches Signal.
Das Ergebnis ist überzeugend in Bezug auf die normale Zwei-Neutrino-Passung, die einen anomalen Überschuss zeigt.
Und der Überschuss erfolgt ungefähr bei L/E ˜ 1 MeV pro Meter.
Dieser berichtete Effekt ist innerhalb experimenteller Fehler im Wesentlichen mit dem der LSND-Experimente kompatibel,
die ursprünglich auf dem Gebiet des Antineutrino-Kanals bekanntlich dominiert haben.
Hier sehen Sie sowohl die alten LSND-Ergebnisse als auch die neuen MiniBooNE-Resultate.
Innerhalb sehr großer Statistiken und Fehler gibt es möglicherweise Auffälligkeiten.
Das ist bestimmt noch ein großes Fragezeichen, das müssen wir noch besser verstehen. Nun zurück zu den Reaktorexperimenten.
Reaktorexperimente wurden zunächst durch Cowan und Reines durchgeführt.
Sie sehen hier eine allgemeine Darstellung, all das, was wir heute über Nuklearreaktoren wissen.
Sie sehen hier die Entfernung vom Reaktor selbst. Das hier sind zehn Meter, das ist ein Kilometer, das sind 100 Kilometer.
Und man sieht hier im Wesentlichen das Verhältnis zwischen beobachteten und vorausgesagten Neutrinos.
Ich meine, wenn nichts passieren würde, keine Oszillation eintreten würde, wäre das Neutrino ein stabiles Objekt.
Das Verhältnis wäre eins zu eins. Man erzeugt so und so viele Neutrinos und erfasst die gleiche Zahl.
Aber das ist natürlich nicht so und das repräsentiert enorme Informationen, die zur Verfügung stehen sollten.
Sie sehen beispielsweise in dieser Grafik, dass es eine gut bekannte, gut gemessene Sonnenneutrino-Anomalie gibt,
die bei einem relativ geringen Masseunterschied eintritt, nämlich 10^-5 eV^2,
bei der die Elektron-Neutrinos und My-Neutrinos tatsächlich miteinander oszillieren.
Und dieses Oszillationsphänomen erzeugt einen Abfall in der Rate der Elektron-Neutrinos,
die die einzigen sind, die der Reaktor erkennt. Der Reaktor erkennt keine My-Neutrinos.
Der Reaktor erkennt keine Tau-Neutrinos, weil sie nicht Bestandteil von ... weil das Tau zu schwer ist und das My zu schwer ist.
Aber dennoch ist das E-Neutrino vorhanden.
Sie sehen also eine Verflüchtigung, eine sehr große Verflüchtigung in der Zahl der Neutrinos,
die durch die Sonnenneutrino-Anomalie erzeugt wird. Eine weitere Anomalie wurde in der Zeit zwischen 1986 und 1998 entdeckt.
Dabei handelt es sich um die so genannte atmosphärische Neutrino-Anomalie,
die im Wesentlichen das My-Neutrino mit dem Tau-Neutrino verbindet.
Und Sie sehen hier einen zweiten Spitzenwert in den experimentellen Daten und die Ergebnisse stimmen überein.
Und das ist der Grund für das heutige Argument.
Es gibt einen bestimmten Teil, der eigentlich eine "Terra Incognita" ist, in der man eine Menge experimenteller Ergebnisse findet.
Man sieht sie hier.
Sie liegen alle - und das gilt für viele, viele unterschiedliche Gruppen - einige Prozent unter dem vorausgesagten Wert.
Und man sieht, dass diese Resultate alle mit der Ereignisrate R kompatibel sind, die nicht 1, aber 0,93 ist.
Und das ist im Wesentlichen eine Anomalie, die wir irgendwie erklären sollten:
Warum erhalten wir bei allen Reaktoren weniger Neutrinos, als zu erwarten wäre?
Der Grund dafür muss gefunden werden und ist bis heute unbekannt.
Ein dritter Informationsteil stammt aus der so genannten Gallium-Anomalie.
Die Gallium-Anomalie ist ein Experiment, das zur Untersuchung von Sonnenneutrinos verwendet wurde.
Neutrinos von der Sonne wurden beispielsweise experimentell im Labor von Gran Sasso erfasst.
Und bei diesem Experiment hat man einige Messungen mit einer radioaktiven Quelle vorgenommen.
Eine radioaktive Quelle ist eine Neutrino-Quelle, eine Quelle, in der ein Neutrino mit Megacurie-Intensität emittiert wird.
Und etwas Ähnliches wurde auch in Russland gemacht.
Das Kalibriersignal wurde durch einen intensiven, synthetischen Erfassungsprozess in Chrom und Argon erzeugt.
Und Sie sehen die Funktionsweise des Detektors, ein relativ einfacher Detektor.
Und auch dort hat man wieder diese alternative Quelle. Es gibt weniger Neutrinos, als man gerne hätte.
Hier sehen Sie das Verhältnis zwischen der Zahl der Neutrinos, die im Experiment tatsächlich erfasst wurden,
und der Zahl der mit der Quelle erzeugten Neutrinos, die man also "besorgt", kalibriert, erzeugt hat,
und diese Zahl liegt unter 1. Und dieser bestens passende Wert könnte in ausreichender Sicherheit die Existenz
eines unentdeckten sterilen Neutrinos mit einigen Standardabweichungen und wiederum in einem weiten Wertebereich belegen.
Ungefähr die gleichen Werte, die dem LSND-Experiment und dem MiniBooNE-Experiment entsprechen.
Die Massendifferenz quadriert also das andere 1 eV, was wesentlich mehr ist als das, was die Oszillation in der Kurve anzeigte.
Es stellt sich also die Frage, ob es hier einen einheitlichen Ansatz gibt. Wir sehen hier die beiden Experimentarten.
Das hier sind die LSND-Anomalien, die von einem Antineutrino aus dem Beschleuniger ausgehen.
Und dies ist eine Möglichkeit, die jetzt aus einem gesamten,
nicht gut identifizierten Spektrum zwischen dem Winkel von Sinus Theta und Delta M^2 besteht.
Aus den Ergebnissen der LSND- und MiniBooNE-Experimenten wäre also dieser gesamte Bereich zulässig.
Und dann hat man die Gallium-Reaktoren, das Gallium und die Reaktorquellen, die dort etwas produzieren.
Das Bemerkenswerteste daran ist, dass diese beiden Elemente innerhalb dieses enorm großen Bereichs
mit einer neuen Situation kompatibel sind, die in einer Größenordnung von 1 eV^2 eintritt.
1 eV^2 ist tatsächlich der Massenbereich, zu dem beispielsweise dunkle Materie beiträgt.
Und deshalb stellt sich die Frage, sind sie die Ergebnisse alle richtig oder sind einige davon richtig oder ist nichts richtig?
Haben sie einen gemeinsamen Ursprung? Und wenn es einen gemeinsamen Ursprung gibt, dürfte man wohl normalerweise erwarten,
dass das gesamte Verflüchtigungsphänomen viel größer sein muss als der mögliche Endzustand.
Nun, wir haben hier einen speziellen Kanal, in dem tatsächlich das Neutrino,
das zunächst erzeugte My durch ein steriles Neutrino in ein Elektron-Neutrino transformiert wird.
Und die Wahrscheinlichkeit dafür muss geringer sein. Die Frage ist also, ob es einen einheitlichen Ansatz dafür gibt.
Wie ich bereits sagte, nehmen die Hinweise auf all dies zu.
Ich möchte Ihnen das, wovon ich berichtet habe, kurz in einer Zusammenfassung zeigen.
LSND, das alte Experiment, ergab 3 Punkte Standardabweichung.
MiniBooNE wurde sowohl mit Neutrino als auch mit Antineutrino durchgeführt.
Die Kombination dieser Ereignisse ergibt eine Standardabweichung von 3,8.
Das Galliumabsorptionsexperiment hat ein Sigma von 2,7 ergeben.
Dann die Reaktorexperimente, wie ich Ihnen gezeigt habe ... Die Beta-Spaltung, der Beta-Zerfall,
sie ergeben rund drei Standardabweichungen.
Und es gibt einige Indizien dafür, keine tatsächlichen Beweise, aber Indizien aus der Kosmologie, die besagen,
dass vielleicht sterile Neutrinos nicht unvereinbar mit der Kosmologie sind
und sich sogar unter bestimmten Umständen mit kosmologischen Argumenten verbinden ließen.
Und insgesamt besagen all diese Befunde, dass wir möglicherweise eine Gesamtanomalie von rund 1 eV^2 finden.
Und ich möchte sagen, dass die Zahl dafür bemerkenswert ist, nämlich 3,8 + 3,8 + 2,7 + 3 + 2.
Ein Blick darauf lohnt sich und das sollte gut verstanden werden.
Werden diese Beobachtungen einer intensiveren Analyse standhalten? Einer Untersuchung spezifischer Fragen?
Und dafür brauchen wir die Entwicklung neuer Detektoren.
Es gibt heute eine bedeutende neue Detektorentwicklung, einen neuen leistungsstarken Detektor,
der als Flüssigargon-Blasenkammer bezeichnet wird.
Jeder, der sich an die alten Zeiten erinnern kann, erfahrene Neutrino-Physiker, können sich sicherlich daran erinnern,
dass vor über 30 Jahren ein Experiment mit einer Blasenfalle durchgeführt wurde, die als Gargamelle bezeichnet wurde.
Und das war der erste tatsächliche Nachweis für die Existenz eines neutralen Stroms.
Das war möglich, weil die Gargamelle-Blasenkammer, die wir gesehen haben, einige Elektron-Neutrinos enthielt,
die eigentlich dort nicht hätten sein dürfen, und das war ein Beweis dafür, dass das Nullteilchen tatsächlich existiert.
Und dadurch wurde das gesamte Programm initiiert.
Und dieses Experiment war das Argument, mit dem in der Folge im Wesentlichen ein Standardmodell erklärt wurde,
das soeben von Martinus Veltman so gut erläutert wurde. Die Gargamelle-Blasenkammer ist eine sehr komplizierte Technik.
Inzwischen gibt es eine neue Entwicklung, die als Elektronikkammer bezeichnet wird und in Bezug auf Dichte,
Strahlungslänge und Kollisionslänge sehr ähnliche Merkmale aufweist.
Tatsächlich erzeugt sie ganz ähnliche Ereignisse mit der Ausnahme, dass alles elektronisch erfolgt.
Und sie nutzt riesige Target-Mengen. Viele Kilotonnen von Detektoren statt einiger weniger Tonnen.
Drei Tonnen war die Masse für den Gargamelle. Und von den Abmessungen her ist das sehr ähnlich.
Ich möchte Ihnen kurz die Grundidee der Funktionsweise erläutern.
Vielleicht sollte ich all das wegen der Kürze der Zeit überspringen und Ihnen deutlicher erklären, wie das Ding funktioniert.
Diese Kammer hat eine Art von Detektor, in dem man im Wesentlichen die Zeit einer Reihe von Strömungskabeln misst.
Dort ist die Zahl der Strömungskabel angegeben. Das ist die Strömungszeit der Elektronen, freier Elektronen in der Flüssigkeit.
Das wird hier angegeben.
Und immer, wenn nach einer bestimmten Verzögerung ein Impuls auftritt, gibt es ein Signal, das aufgezeichnet wird.
Diese Signale werden vom elektronischen System gesammelt und stellen eine Möglichkeit dar, ein Ereignis zu rekonstruieren.
Hier sehen Sie das.
Das ist der riesige ICARUS-Detektor, ein Flüssigargon-Detektor, der jetzt unterirdisch in Halle B von LNGS in Betrieb ist.
Und das ist wirklich eine umfangreiche Anlage, wie Sie sehen.
Enorm groß, was Ausrüstung, Materialien und alle Abmessungen betrifft.
Und grundlegend ist hier, dass man für die Durchführung solcher experimenteller Arbeiten unglaublich reines Flüssigargon benötigt.
Flüssigargon, ursprünglich ein Bestandteil der Luft, enthält eine Menge Sauerstoff.
Sauerstoff ist natürlich ein elektro-negatives Gas.
Um dieses Experiment durchführen zu können, braucht man an dieser Stelle hier Flüssigargon,
einige Parts per Trillion der Masse des Systems. Und das ist wirklich eine sehr kleine Zahl.
Mit diesem System werden Ereignisse rekonstruiert.
Diese Ereignisse sind absolut identisch mit den Ereignissen, die man in der Gargamelle-Blasenkammer beobachten kann.
Sie sehen hier oben ein Ereignis mit einem Schauer, unten ein Ereignis ohne Schauer.
Ereignisse sind beispielsweise auch in diesem Volumen hier enthalten. Und wenn man das ausdehnt, kann man alle Spuren finden.
Das ist also wirklich ein echt visueller Detektor, mit dem man alles beobachten kann, was passiert.
Und er ist das Grundinstrument, das für diese Art von Erklärungen solcher Phänomene an virtuellen Neutrinos verwendet wird.
Das wesentliche Element hier ist die Tatsache,
dass man in einer Flüssigargon-Blasenkammer die einzelnen Ionisierungsereignisse, also die Elektronenereignisse,
extrem gut von einem Pi-Null-Ereignis, das 2 Gammas ergibt, trennen kann. Und man kann sie hier getrennt sehen.
Die Trennung ist absolut hervorragend. Und diese Experimente sind übrigens wirklich einzigartig.
Es gibt einen weiteren wichtigen Aspekt. Wir benötigen mindestens zwei Detektoren, damit wir diese Situation erfassen können.
Und wie ich bereits sagte, muss die Energielänge die Gleiche sein, wie bei früheren Anomalien beobachtet.
Man benötigt Bilddetektoren. Es gibt dort magnetische Spektrometer. Man muss sowohl Neutrinos als auch Antineutrinos erfassen.
Und man muss eine riesige Anzahl von Ereignissen erfassen.
Wir sprechen dabei von Millionen von Ereignissen, die zu untersuchen und aufzuklären sind.
Und dabei müssen wir sehr deutlich sowohl das My-Neutrino- als auch das E-Neutrino-E-Phänomen identifizieren.
Die Neutrino-Anlage am CERN wurde beschrieben ... wird derzeit diskutiert, ist hier beschrieben.
Es stehen zwei Detektoren zur Verfügung. Einer in naher Entfernung und der andere in entfernter Position.
Und es sind alles Flüssigargon-Detektoren. Am Fermi Lab wird ein ähnliches Programm verfolgt.
Hier sehen Sie zwei Flüssigargon-Detektoren. Einer sehr nah, 200 Meter vom Beschleuniger entfernt,
der andere in einer Entfernung von rund 700, 800 Metern vom Beschleuniger entfernt, der ein ähnliches Programm durchführt.
Wichtig ist hier die Tatsache, dass diese Beschleunigerexperimente nicht ...
zwei identische Detektoren in unterschiedlichen Abständen beobachten. Alle Monte Carlo-Berechnungen heben sich auf.
Die Neutrino-Spektren in der Nähe und in der fernen Position sind so gut wie identisch, wie man dieser Grafik entnehmen kann.
Und deshalb wird auch jede Abweichung von der perfekten Proportionalität ...
Wenn man die perfekte Proportionalität zwischen den beiden Positionen findet,
wird tatsächlich die Abwesenheit der Neutrino-Oszillationen im Neutrino eliminiert.
Sowohl die LSND- als auch die MiniBooNE-Experimente beobachten Neutrinos und Antineutrinos.
Sie beobachten den Gellex-Reaktor, plus die oszillatorische Verflüchtigung am Reaktor.
Eine oszillatorische Verflüchtigung kann auch in My-Neutrino-Signalen vorliegen.
Und wir müssen Neutrino und Antineutrino vergleichen, um festzustellen, ob etwa eine CP-Verletzung vorliegt,
die sich im Neutrino und Antineutrino unterschiedlich verhält. Wie ich bereits zu Beginn sagte,
sollte das Signal für die Detektoren bei Abwesenheit dieser Anomalien
für alle experimentellen Signaturen eine exakte Kopie voneinander sein und kein Berechnungsbedarf bestehen.
Wenn ein Unterschied zu beobachten ist, reicht das. Diese Ereignisse weisen in der Tat ziemlich bemerkenswerte Unterschiede auf.
Man sieht in dieser Grafik hier die Linie des LSND-Vorhersagefensters. Man sieht hier verschiedene Stellen, 1, 2, 3, 4.
Das sind mögliche Orte, an denen das Ereignis eintreten könnte.
Und man sieht in der Grafik links, dass die verschiedenen Werte 1, 2, 3
und 4 den stark differenzierten Verteilungen in der Winkelverteilung entsprechen, die vom Flüssigargon-TPC beobachtet wurden.
Und übrigens wird auch der intrinsische E-Neutrino-Hintergrund gezeigt und man kann daraus deutlich entnehmen,
dass in der Tat die zwei, drei Systeme wirklich bemerkenswert sind. Das wäre wirklich ein echtes, definitives Experiment dafür.
Es gibt jede Menge Kurven, die zeigen, dass diese Dinge ziemlich exakt sind.
Ich werde das überspringen und auch die hier ebenfalls zu sehenden Anomalien oder Verflüchtigungen.
Das ganze System erreicht jetzt eine Situation, in der uns diese neuartigen Experimente alle möglichen Lösungen anbieten.
Diese Vorstellung wird uns innerhalb weniger Minuten ermöglichen ...
Das ist eine echte Revolution in der Erforschung von sterilen Neutrinos.
Es gibt neben den von mir beschriebenen Versuchen weitere Experimente, die sich daraus entwickelt haben.
Es gibt radioaktive Quellen in vielen unterschiedlichen experimentellen Konzepten weltweit.
Die Reaktoren, die die Messungen wiederholen, werden durch ebenfalls bereitgestellte Null-Strahlen gestoppt.
Und das sind zerfallende Flugstrahlen, wie die, die wir am CERN oder am Fermi Lab oder anderen Labors erzeugen.
All diese enormen Bemühungen kommen zusammen. Wir haben hier heute gehört, dass 114 Institutionen an diesem Thema arbeiten.
Das hat im Sinne der gesamten Gruppe von Menschen die Größenordnung eines LHC-artigen Experiments.
Eindeutig arbeiten jetzt alle Beteiligten enorm hart daran herauszufinden, ob die Phänomene wahr sind oder nicht.
Ich möchte die letzten beiden Minuten kurz nutzen, um Ihnen andere Beispiele zu zeigen.
Hier ist beispielsweise ein Reaktor, der Lucifer genannt wird
und charakteristisch für die Erforschung der Neutrino-Oszillationen ist. Sehr nah am Target. Das erfolgt in Frankreich am CEA.
Und das ist sicherlich ein Gerät, das die Messungen dieser Terra Incognita erheblich verbessern wird.
Das andere Beispiel hier ist das Daya-Bay-Experiment in China, das ich bereits anfänglich erwähnt habe.
Dort will man eine riesige radioaktive Megacurie-Quelle herstellen, die Neutrinos erzeugt.
Diese Neutrinos werden in diesem Block erzeugt und hier sollen Detektoren an mehreren Stellen Informationen sammeln,
um die sterilen Oszillationen nachzuweisen. Und hier sehen Sie einen riesigen Detektor.
Das ist ein sehr großer Swimming-Pool mit einer enormen Menge an Ausrüstung.
In dieses Projekt ist viel Geld und Anstrengung geflossen.
Was man letztendlich mit diesen Methoden beobachten will, ist eine winzige Differenz zwischen dem,
wie es mit Oszillation und wie es ohne Oszillation aussehen sollte. Die Experimente sind also nicht einfach.
Sie sind komplex und schwierig. Aber die Technologie ist tatsächlich ziemlich weit fortgeschritten.
Sie sehen hier in der Grafik, wo das sterile Neutrino erscheinen sollte.
Und das hier ist die Linie, die man theoretisch aus dem Experiment vorhersagt.
Man wird sie beobachten oder nicht beobachten und eine Antwort erhalten.
Wenn man, wie auf dieser Liste zu sehen, alle Menschen zusammennimmt, die über sterile Neutrinos arbeiten,
sieht man in der Tat eine enorm große, leistungsstarke wissenschaftliche Gemeinschaft, die jetzt mit dem Thema beschäftigt ist.
Dahinter steht der Gedanke, dass der Bereich des sterilen Neutrinos dieser hier ist.
Und jedes dieser Experimente erbringt zusätzliche, wertvolle Informationen hinsichtlich der Frage,
ob es hier nur um einen Irrtum geht oder um eine tatsächliche Möglichkeit über das Standardmodell hinaus.
Sie sehen hier die verschiedenen Alternativen, die unterschiedlichen Arten von experimentellen Programmen,
das riesige Neutrino-Programm. Ich denke, dass ich an diesem Punkt Schluss mache.
Vielen, vielen Dank, dass ich meine Präsentation hier vorstellen durfte.