Rudolf Mößbauer (1979) - Neutrino Stability

When Rudolf Mößbauer came to Lindau in 1979, he gave a lecture that was totally different from the four lectures he had given at the Lindau Meetings between 1965 and 1976. His first two lectures concerned the Mößbauer effect, the discovery of which had made him a Nobel Laureate and brought him to Lindau

Dear students, ladies and gentlemen, As the only living Nobel laureate in physics in the Federal Republic of Germany, and consequently a member of a rapidly dwindling species of beings, I wondered whether it might not be more worthwhile, instead of holding a scientific lecture, to speak about the causes for this rapid decline in Nobel laureates in the Federal Republic, which might have been a more important subject, but since this is a political topic, and as the representatives of my ministry of education and cultural affairs, the Bavarian Ministry of Education and Cultural Affairs, aren't in any case here at this conference, I thought that I would perhaps speak instead about a more pleasant topic, and hold a scientific lecture. I would like to speak to you about neutrinos, and perhaps first say some words about the history of neutrinos. If we speak in Europe about history, about any subject, then we usually start with the ancient Greeks, but where neutrinos are concerned, history starts approximately in the year 1933, exactly when is a little difficult to say, as the hypothesis of neutrinos that Pauli formulated cannot be dated very precisely. It underwent some change, including with Pauli himself, and it was actually first conceived a little differently to how we know it today, but I believe that 1933 is perhaps a good year from which we can say that this hypothesis was applicable. A hypothesis that requires us to assume – and this was Pauli's assumption to a nucleus with an atomic number Z+1 while emitting an electron, that requires us to assume that, after the initial and final conditions have been well defined here relating to its energy, that also the radiation emitted, in other words, in this case the beta radiation, possesses a well-defined energy. But as all of you are certainly aware, this is not the case, but instead, the emitted beta particles have an energy distribution with a maximum energy that we can actually ascribe to this energy difference, here with some corrections, in other words, mass differences, but there are also very much lower energies. From this dilemma, which initially might have looked like a violation of the laws of the conservation of energy and impulse, and spin also played a role, Pauli found a way out of this dilemma through this neutrino hypothesis in which he said, not only is a beta particle emitted, an electron, but also another particle, a neutrino. The beta decay can then perhaps be formulated so that, within this nucleus, a neutron is converted into a proton while emitting these two other particles. This should be an electron-neutrino, more precisely – and this is this horizontal line – an electron-antineutrino. Whether this is anti, or not anti, is a question of definition that was introduced later. We have very secure assumptions today, very secure measurements, or let us say, measurements that are secure to a certain extent about these neutrinos, and I would like to speak a little in today's lecture about some of the more modern concepts of these neutrinos, although in no way about all of them. The sum of our experimental information irrespective of all the clever things the theoreticians tell us, we need to check and see whether everything they say is correct – is largely contained in quantum numbers, which we refer to today as lepton numbers. Excuse me if I'm doing everything here in English and holding my lecture in German after Mr. Wegener made such an effort, I also wish to do the same with language and instead of using the otherwise usual broken English in this lecture, I would like to use a visible English. Now, these lepton numbers that you see here, we ascribe them to the electron and muon neutrinos that we know today. And we are already familiar today with 4 such lepton types, in other words, electrons, negatively-charged electrons and the related electron neutrinos, as well as muons and related muon neutrinos, which can be characterised by these quantum numbers L(e) and L(Mu), and for these particles here there are then of course the corresponding antiparticles with the corresponding quantum numbers with reversed signs. In fact, today we are aware of and these also include neutrinos, but this situation is very new and as yet unclarified in all its details, and I'm not going to use these tauons any further in my lecture, but everything I say can also then be generalised easily. Now a few words about the neutrino sources that are available to us today. I should perhaps also say something about these lepton numbers, as I've been given ten extra minutes' speaking time. I've written an example here, where you see that there is a law of conservation for these neutron-electron-numbers, in other words, these nucleons here, they have a lepton number of 0, and then here you see, for example, on the left-hand side stands the lepton number 0, and then it must also stand on the right-hand side if there is a law of conservation, and you see that this is correct. Here, for example, for the e minus you have here a 1 and for the Nu superscript e, the anti-electron neutrino, you have a minus 1, and 1 and minus 1 together make 0, in other words, the same stands on both the left-hand side and the right-hand side of this equation. Now, a word about the neutrino sources that are available to us today. I have listed the most important here, so we have for now the fission reactors that are currently a topic of great public interest. These fission reactors produce, besides hazardous radioactive emission, to a far greater extent neutrinos in the range of 2 to 8 MeV. They have fluxes of the magnitude of 10^13. And these flux figures that I've given here, at a distance of around 5 metres from the heart of such a reactor so these are the fluxes for the strongest reactors we have today. Then we have the meson factories that supply us with neutrinos, and while they supply us with electron and anti-neutrinos here, the reactors supply us with muon neutrinos. They also deliver other particles, but these are the interesting ones, albeit with very much lower intensities. And then we have the high-energy accelerators, which for their part operate in other energy ranges, and also supply us with fluxes, and which are also very appropriate for measurements. And finally, one of our most important, or perhaps one of our most important sources of neutrinos, the Sun. I've listed them here a little more specifically because I'm going to come back to them later. We distinguish here primarily the low-energy neutrinos from the Sun. These are neutrinos with high intensities, occurring at almost 10^11 in the flux. These are those neutrinos, and these are now normal electron neutrinos that play a role in the Sun's main fusion process, in other words simply the fusing of two protons. Then there are other high-energy neutrinos. And these are the only ones that are accessible to measurement today, or should actually be accessible, let me say, with high energies, and are produced as a sideshow, a transition from 8 B, 8 boron, to 8 beryllium, but with only quite low intensities. As far as this point is concerned, this last reaction, which, as I said, is the only one that is currently accessible to direct measurement So much for neutrino sources. Let me point out once again that accelerators and nuclear fission reactors are the main sources available to us today. And now a few words about the unique properties of neutrinos. Neutrinos are perhaps almost the most remarkable particles that we have in nature today, and I'd like to briefly explain some of these remarkable properties – although in no way all of them. First, the properties in the upper part here, the properties of interactions, namely the interactions that these neutrinos participate in. And in order to demonstrate this to you, I've written up a couple of further particles here, in other words, nucleons, such as the proton, that participate in all interactions known to us, in other words, in the strong interaction, in the electromagnetic interaction, in the weak interaction and also in the gravitational interaction. Physicists then have an esoteric super-weak interaction which is why I'm not mentioning them at all. And I'm also not going to mention gravitation from now on, because it's so weak compared to the other interactions that I can dispense with it here for our purposes. Now, the electrons, they're already somewhat more limited insofar as, due to their charge, they still participate in the electromagnetic interaction, and then naturally also in the weak interaction, although not really until the gravitational interaction. Even weaker are the neutrinos, which also, because they carry no charge, only participate in the weak interaction. So, neutrinos are unique in form insofar as they participate in neither the electromagnetic nor the strong interaction, and for this reason enable us to make an isolated study particularly of the properties of the weak interaction. What weak interaction means, is something that even a physicist who is familiar with this area sometimes needs to get clear about again and again. Weak interaction means that this neutrino has almost no interaction. We are familiar with weak interaction in the case of beta decay, because beta decay arises through weak interaction, but what this really means – weak – is that, after observing beta decay in the laboratory on its own – something that's sometimes difficult even for the initiate To make clear to you how small the probability of this process is, I would first like to say that the Earth in its entirety is almost transparent to neutrinos. They pass through it as if they were nothing. This means, for example, the Sun emits neutrinos, and if you have the Sun overhead, you see these neutrinos arriving where you are standing. But if the Sun is located on the opposite side, when it's night-time on our side of the Earth, then the neutrinos arrive here with precisely the same flux, with the same strength, as if the Earth weren't there at all. If I really wanted to influence them, the neutrinos then I need to put some type of material in their path that roughly corresponds to the magnitude of a light-year of lead. These are of course enormous volumes, and you can see with this statement that it isn't easy to prove such particles in the laboratory, because if the Earth is transparent to such neutrinos, how can I then, in a detector of the magnitude of perhaps 1 cubic metre or so, have a chance of seeing such particles. I can only have this chance naturally if I have enough of such particles so that, despite the low probability that exists here, I perhaps have a chance of occasionally making one of these many particles react. The aspect of neutrinos – and there are many other aspects that I'll not go into now – that's particularly interesting to us here, is the question concerning the rest mass of neutrinos. Normal theoreticians – and I've referred to this here, I've described this here as conventional theory – assume that the neutrinos – and all of them, whether electron neutrinos or muon neutrinos – that these neutrinos have no rest mass. In other words, they behave in the same way as we also conventionally assume to be the case with photons. Also our photons, our light quanta, possess no rest mass. The experimental situation here doesn't look good at all. We have firstly an upper limit at 35 electron volts for the electron neutrinos, and for the muon neutrinos, the situation looks significantly worse: here we have a limit of 650 keV. Nevertheless, we assume in the theory that the rest masses are 0 I believe that we can assume today that the masses for neutrinos are certainly below around 15 electron volts. Otherwise there would be quite strange consequences for all our cosmological theories, although it's something that's no longer quite so certain. In any case, the mass limits that we know today are relatively high, and we can now ask ourselves, is it rational to assume that the masses are really precisely zero, or could perhaps an infinite mass apply to the neutrinos. I will now give you a fairly short list of potential plausible or less plausible reasons as to why we could assume that the rest mass of neutrinos is actually different to zero. First, it should be said that the theoretical arguments which we have, and which compel us to assume that the rest mass is zero The photon rest mass is based on the fact that we assume an electromagnetic gauge invariance for our equations, and this is a gauge invariance that is generally applicable for the so-called Hamilton function. And from this assumption – that the Hamilton function is invariant in relation to such an electromagnetic gauge invariance – this often of necessity implies not only a rest mass 0 of the photon, but also the conservation of the electric charge, and this is a law that has been extremely well verified in nature through experiments. This means that there are extremely stringent and hard arguments here for the zero rest mass of the photon, while in the case of the neutrino, it is in no way as imperative and as hard. Here, too, there are symmetry arguments, which I mention only by name, without explaining them, especially so-called gamma 5 invariance, which leads us to a zero rest mass of the neutrino in the theory, but these invariances also no longer apply generally for the so-called Hamilton function, but only for the wave function and the corresponding equation for the neutrino itself. In other words, they are essentially less general, and we wouldn't be so unhappy if we had to relinquish this, while we would be very unhappy if we had to relinquish these gauge invariances in the electromagnetic sector. So, our arguments here for a zero rest mass in the theoretical area are not so wildly convincing through to their final consequence. Then, a perhaps somewhat weak argument that I would nevertheless like to present is that it is nevertheless interesting to point out that the muon's mass is very different to the electron's mass, while we assume so-called mass inequality for the related neutrinos, albeit with a zero mass in this case. Now, this might be a coincidence, it might be that a higher symmetry is behind it, but, of course, we don't know all of these things yet. A further argument that I can cover only briefly because it's somewhat extensive, is that we know from the theory of weak interaction that, in the case of the so-called hadronic contributions to this interaction, certain symmetries exist with our quarks, which we regard today as basic building blocks. And if we also apply, in a wholly consistent manner and entirely analogously, such symmetries for the leptons' contributions to the weak interaction, then we arrive of necessity at a very interesting phenomenon that was first applied as a postulate by Pontecorvo. This is a phenomenon or assumption that the neutrinos that we observe today, in other words the electron neutrino and the muon neutrino, are not stable particles in the classic meaning of the word, but that the overlays are mixtures in precisely the form that Professor Wegener has already explained today for another example, whereby the overlays or mixtures of two stable particles, which I will now refer to as Nu 1 and Nu 2, in other words, these new neutrinos Nu 1 and Nu 2 that we do not observe, that these neutrinos are actually stable in the sense that they have a clearly-defined mass. Expressed in modern terms, one would say that these neutrinos are eigenstates of the mass matrix. I've referred to this again briefly just for the specialists here. So, here I've written the Hamilton operator for these eigenstates of the mass matrix, and you can see immediately and here one is generated, in other words, the number of Nu 1 particles is retained, precisely as here for the Nu 2 particles. If, by contrast, I rewrite this expression using this transformation matrix, then I get constants, all of which I can easily calculate from what's here – they're unimportant – and then I get here, in particular, this type of expression, where you see that here an electron neutrino is converted into a muon neutrino. In other words, the lepton numbers are no longer retained here. This is, so to speak, the symmetry that's destroyed here, and it can be derived here quite directly if I assume such a transformation property. In this case, this theta here, this theta angle is simply a mixing angle about which we know nothing at all today. It's a mixing angle that's only written here as an angle so that this entire story is nicely orthogonal. In other words, this sine and this cosine have no angle significance in the normal way: it's simply a constant, and they're done in this way so that each of these equations is nicely orthogonal with the others. So, we have a mixture here: the electron neutrino is a mixture consisting of two stable neutrinos with this mixing constant or this mixing term, this mixing angle. A fourth reason why we arrive at the assumption, why the assumption is the so-called solar neutrino problem. The fact, namely, that an American group consisting of Davis and his colleagues, based at Brookhaven National Laboratory, have, for many years, decades in fact, been searching for this solar neutrino flux that I mentioned previously – and the fact that this flux hasn't been located – and that at least a factor of 3 fewer neutrinos from the Sun have been observed than one would actually expect. I'm not yet sure whether this can be called a catastrophe, because there are still a few possibilities that it could be that the effective cross sections that are used for the solar reaction We no longer really know where this flux actually is, and the assumption of a finite neutrino mass could In other words, this is a further indication, although not yet a conclusive one, that neutrinos might actually possess a finite rest mass. After giving you reasons why neutrinos might have a finite mass compared with the conventional assumption, I would now like to outline for you a few of the consequences that such a finite mass would have. First, there are lots of consequences that I will not cover in detail now, for particle physics, elementary particle physics and for field theories, but these consequences are not groundbreaking. So these are minor corrections which need to be applied, and which are extremely difficult to measure experimentally. If it were otherwise, we would have long known about it. Then there are consequences for astrophysics and cosmology. Perhaps a brief word on this last point. If neutrinos had a mass, then they would also naturally have an energy according to the Einstein equation, and this could mean that the entire energy sum in the universe looks quite different to what we assume today. This would have significant consequences for our theories, especially the Earth's origin – the question as to whether the universe is open or closed, and whether we can actually manipulate all these things if we had a finite neutrino mass. So, this would have quite enormous consequences. It could be that we – as we know very well – not only swim in a sea of neutrinos – that you are always swimming in this sea – but that this sea is much denser, and perhaps contains quite other particles, than we currently assume. The second point – if neutrinos had a finite mass – then they would become unstable and susceptible to decaying radioactively, especially if, for example, the electron neutrino or the muon neutrino have different masses and a gamma quant could then be released. These processes are extremely difficult to observe. Assumptions about them exist today, so there are processes that people have been looking for. The New York Times and other relevant periodicals frequently announce that such a thing has been found. Of course, it's quite important when it happens, but such announcements are then usually retracted later. Some people become famous in this way for a little while, before being consigned to oblivion again. So, people are constantly looking for this decay but they haven't found it yet. This would also have consequences for the neutrinos' normal stability where we would then be able to attribute a decay period to the neutrino. A lot of speculation surrounds this. The really wonderful thing about this field is that we can still really speculate about it, which is no longer so easy in physics today. Someone is already working on the ideas we have today, someone who says, or "You've simply misunderstood the physics, and this is why you've arrived at such and such an idea," Here, however, we can still philosophise wildly, and there's a certain satisfaction in this, in being able to propose wild ideas about neutrinos' potential decay periods. Now, such philosophies are not quite so wild, we need of course to examine all of the experiments that have been done somewhere at some point to see whether we can learn something from them, and here we can actually learn a great deal. The fact is that, today, we have – at least in the case of electron neutrinos – good arguments to suggest that their lifespans are very long, certainly very much longer than I need for my lecture today, but they are also certainly potentially longer than the lifespan of the universe as we assume it today, and, of course, it's uninteresting to then look for such periods, but it's still a somewhat open and unsolved question here. A further argument that I'd like to present – and this is in fact the central topic of my lecture today – is that a finite neutrino mass, and, in particular, a mass difference between the two main neutrinos that I've presented here, electron neutrinos and muon neutrinos, such a mass difference would result in transformations, in such a way – I've stated only the most important example here – there are other possibilities – that an electron neutrino converts into a muon neutrino over the course of time, that this then converts back into an electron neutron and so on and so forth. In other words, these neutrinos oscillate, so to speak, at one moment one type is here So, in a quite primitive image: if I have a nuclear reactor, and I have here an electron-antineutrino source, and the neutrinos are emitted on all sides, then this neutrino will have converted into a muon neutrino after a certain time, before becoming an electron neutrino again much further out, and so on and so forth. And if I now install a detector somewhere here that reacts only to electron neutrinos, for example, then I will find a maximum intensity for my electron neutrinos here, and I will find nothing here, for instance. So the neutrinos oscillate, they oscillate as a function of time, or, as they – the masses are certainly small – travel at practically the speed of light, they will also oscillate in this way as a function of this location. And it is particularly these neutrino oscillations about which I would like to talk to you in a little more detail, because we are about to conduct an experiment in this sector. And now allow me – but I will perhaps keep it quite brief – to speak just briefly about the formalism relating to how these oscillations arise. So, we saw previously that we make the assumption that electron neutrinos, for example, are a mixture of these two types of stable neutrinos Nu 1 and Nu 2, and we now ask ourselves, Now, the general time-dependence of a wave function in quantum mechanics can be formulated in the way that I've indicated here. We assume the wave function at a particular time, for example, at time zero, and then multiply it by this factor in order to derive the time-dependence, whereby, for the sake of simplicity, I always set the atomic constants to 1, and if I apply this consistently to this formula here, then you can see that I derive the time-dependence for such an electron neutrino in this form here, whereby E(1) is simply the energy that belongs to this particle Nu 1, and E(2) is the energy that particle Nu 2 possesses, and so this is this mixing angle that is up here. As an example, I can mention perhaps a nuclear fission reactor that emits electron-antineutrinos, and this means that at the location or at the time zero, no muon neutrinos are there, that is to say, electron neutrinos arise at the reactor's centre. And now they move outwards, and the probability of then finding such an electron neutrino at time t is consequently given by this expression here, or at least proportionally to this expression. So this can then be written quite easily in this formula, where you can see that the mixing angle is entered here, and then the energy difference between these two neutrinos Nu 1 and Nu 2. This is quite analogous to a beat frequency, where you have a beat frequency of two waves with two frequencies or with two energies – then the energy difference or frequency difference is always included in such a beat frequency. And if you take this expression, this E(2) minus E(1) times time and then adapt it a bit then you get an expression that you can write in the following way: distance D from the location where the neutrino is generated, divided by a length that I refer to as the oscillation length, which simply states for me when this intensity rises and falls. And if I then take this parameter, which is the central parameter besides the mixing angle, in other words, M2^2 minus M1^2, the mass difference of the two neutrinos that are involved, and if I refer to the delta as M^2, then I arrive at an oscillation length that I've written previously here in formulas. If I state it in metres, and the energy of the neutrinos or the impulse in MeV and this mass difference in eV^2, then I get an expression here for this oscillation length for which I will soon show you some examples. So the important thing – as you can see – is that the thing only works if the delta M^2 is different from 0 and then just a 1 stands here, and this is nothing special, then there is no time-dependence. I only get a time-dependence if this expression is different from 0 Now a couple of examples of such neutrino masses, and what type of oscillation lengths are derived. This is of course just pure speculation. We have no idea what we can expect in this case. So, I have three examples here: namely, I have put a reactor, a meson factory and a high-energy accelerator here on the outside, and I will give you the oscillation lengths for two different hypothetical mass differences. If we assume that the mass difference is 1 eV^2 or 10^-3 eV^2, then we get oscillation lengths in the following form: for the reactor, 2.5 metres, which is a respectable difference where we can make a measurement; for the meson factory, 25 metres, which is also reasonable; and for a high-energy accelerator, 2.5 kilometres, which also makes sense. If, by contrast, I assume that the mass difference is lower by a factor of 10^3, then already in the case of the reactor I get a distance of 2.5 kilometres, which are distances where there's simply no longer any intensity left, because intensity declines at 1 divided by R^2 with the distance. We can no longer measure here. The meson factory is also uninteresting, and 2,500 kilometres is really very uninteresting indeed. Here we can no longer make a measurement. So, we can assume that we can perhaps go down further by a factor of 100 or so, but it's certainly already a factor of 1,000, which is certainly too much. We can also assume with an accelerator that we can perhaps still measure at a distance of 250 kilometres, because these neutrinos have their intensity peaks forwards, so the intensity moves in a forward direction. And, in fact, it was once proposed that an experiment be conducted at Cern to construct a type of neutrino detector, to place it directly before the accelerator, and to then take it away and move it behind the Jura Mountains, into Switzerland, and to then take another look to see whether some intensity was still there, at a distance of 100 kilometres or so. This is possible in principle perhaps, but such an experiment has not yet been carried out. Now, as for the rest of this table, we're going to leave it aside, and I would now like to show you briefly what such oscillations would look like now if we measure them at a nuclear fission reactor, and this is what we are actually intending to do in our group. I've written a few formulas up here that define the expressions a little, although this is perhaps not so important now, with one exception: if we had no mixing angle, if the mixing angle were zero, then there would also be no neutrino oscillation, the whole thing would no longer apply. In other words, the mixing angle must have a finite value, and specifically as large a value as possible. If possible, this makes the experiment easier, although at the moment we don't have any theoretical ideas about this mixing angle itself, there aren't even any respectable speculations about it. Now, assuming that we are concerned with a point source, in other words, that the reactor is almost point-formed, which means that it is small compared with the oscillation length, and assuming that we have maximum mixing angle, which means in this case theta = Pi/4, and under the assumption, an arbitrary assumption, that this mass difference exists, I have depicted here for you such neutrino oscillations, calculated by computer as we would get them if we work with a nuclear fission reactor, and simply modify the distance from the reactor. Which intensity that we observe if we, so to speak, move our detector away from the reactor and locate it at various places distances that one can perhaps apply simply. I've applied this here for various energy intervals. Let us perhaps take this first one here And there you can see that the intensity changes in this way. In other words, if I set up my detector at 13 metres or so, then I get very little, and if I set it up here at 20 metres, then I get quite a lot of neutrino intensity. And if I now vary my energy interval, then you can see that these oscillations undergo quite a vast change. We can, in other words, measure not only as a function of distance, but also as a function of energy in principle and that's what we actually intend to do. Now, what does the experimental situation look like in the area where we are looking for potential finite neutrino masses, or more precisely, for neutrino oscillations. Before we talk about this - some preliminary remarks. We could also naturally measure such neutrino masses in another way, in principle. We could set up other experiments. For example, we could measure a beta spectrum directly, and then perhaps try to become increasingly precise. There are lots of other proposals as to what could be done, but all of these proposals cannot compete with such direct measurements of neutrino oscillations, because this experiment is an interference experiment. And such an experiment is generally always very much more precise than if we directly measure absolute amounts, more precisely, the absolute amounts of quantum-mechanical probabilities. In other words, if at all, this oscillation experiment is superior by many magnitudes to all other direct measurements of masses. What experiments have there been to date that are concerned with such neutrino oscillations? To be quite precise, there haven't been any. There are only retrospective analyses of experiments that have already been conducted, of experiments that have been performed for purposes other than those I cite here, and where one can naturally go back and make a retrospective analysis in order to see what limits are derived for potential neutrino mass differences from these experiments. At Cern, at the Gargamelle, a measurement was carried out that always assumed maximum mixing angle, and the energies are displayed here from which we can draw the conclusion that, given maximum mixing, the neutrino mass difference must be smaller than 1 eV^2. This is, so to speak, now the experimental limit we have. At Yale, they have a proposal, and they believe that with their accelerator, in other words, the meson factory in Los Alamos, they can achieve a limit smaller than 0.5 eV^2. Finally, at Savannah River, Professor Reines and staff arrive at the conclusion, through the retrospective analysis of their earlier experiments, that the mass difference should be smaller than 0.3 eV^2. We are planning at the German-French-British high flux reactor in Grenoble, in France, at the so-called ILL, the Institut Laue-Langevin, an experiment that is in a very advanced stage of creation. We consist of three groups: one group from the USA from Caltech – I'm not going to read out the names, they're written here – one group from Grenoble, from the Institut des Sciences Nucléaires, a French group, and our group in Munich from the Technical University. We plan to apply this reaction to prove the existence of neutrinos in precisely the same form. This reaction is the same that Reines has been applying for decades to measure the effective cross section of this reaction. We are however applying another measuring technology, the same reaction - but another measuring technology. The effective cross section measured by Reines and his colleagues As a physicist, you already get the shivers when you see such figures. Even as a physicist, I should say, these are really extremely small, and this is precisely the statement that I made at the start, that the Earth is transparent to such neutrinos. This effective cross section we want to measure again, because and it goes without saying that we must re-examine measurements like this that have such significance Now, quite briefly perhaps – again just a little more for the experts – a presentation of the change in the significant quantities included in such an experiment, namely the energy distribution of the neutrinos or of the anti-neutrinos that are emitted from a nuclear fission reactor, which I've stated here, and specifically for various calculations. Such an energy distribution can be measured directly only with great difficulty. Measurements are currently underway, but so many corrections are included that need to be combined with theory, and the problem is simply that, with nuclear fission, we now know that around 720 different fission products arise. And we now know the decay schemes of around 200 of these fission products, and for the other 500 we simply have to adopt appropriate theoretical speculations, which have now advanced very far, but which differ, and this generates such differences over the range of the antineutrino spectrum. The effective cross section for the electron-antineutrinos is also included. As I've drawn here, this increases quadratically with the energy, at least in this energy range, in the MeV range. If you move to large accelerators, for instance to Cern in the GeV range, it then changes linearly with the energy for atomic form factor reasons. But here it goes quadratically, so to speak, meaning it is particularly the high energies that that are interesting, although these naturally are especially the energies where the beta particles in particular have low energies, the neutrinos high energies, and the beta particles low energies. And if I bring these two things together, if I multiply them by each other, then this question as to how many neutrinos I get from my reactor and what is the effective cross section – this is in fact the quantity that particularly interests us – then it appears that we have in the range of 4 MeV approximately a maximum of our distribution. In other words, this is where our experimental sensitivity will then be especially good. Now, what does such an experiment look like – at least in our case, in the case of our planned experiment. What we do here is the following: once again, the reaction up here that I've already mentioned, this is what we want to prove, electron-antineutrinos come from the reactor and fall into a scintillator. This is in other words a volume that is filled with scintillation liquid. You'll see the details and measurement data later – just the principle for now – a specially-produced scintillation liquid made particularly for this experiment with quite special properties. So, at this point, one of these infrequent reactions occurs with a proton. This scintillator is particularly quite rich in protons. This proton will now decay into a neutron and a positron. The positron has an energy here of some MeV's. It moves a while here before finally resting and then decaying into two gamma quanta, and this entire hodgepodge of electromagnetic emissions that arises is then observed directly here in these multipliers. The neutron that arises here at the same time – this neutron has energies that are relatively low, perhaps of the magnitude of 10 keV - this is moderated, meaning it undergoes many collisions with the protons that are in here and in other light elements. So it will become ever slower before finally diffusing somewhere across there into a helium-3 counter, and the helium-3, with its quite particularly high effective cross sections, reacts to thermal neutrons in an especially strong manner, so that it is then absorbed here. During the absorption, a tritium and a proton then arise, and these two again produce an electric impulse on the wires that are located in this counter, allowing the existence of this neutron to be proven. The precondition is that the neutron is thermal. In other words, the 10 kV that it has here is too high, they must be slowed down first. This is critical, it must be slowed down first, because only then do we have this nice, high effective cross section, this nice high proof sensitivity that we'd like to have. Just briefly: the pulses that we observe once here and once here, they look approximately like this, on the proton scintillator we get an impulse distribution of this type. The important thing in this is that we achieve resolutions of around 18 percent in the case of 1 MeV, which isn't bad. For questions relating to background it's important, of course, to have the resolution as good as possible, and also for the energy resolution that we'd then like to have overall. In the case of helium-3 counters, we have impulse forms of this type. As I've already said, a proton and a tritium arise. So, if I catch the two of them together in the counter, if one of them doesn't fly out again, then I get all of the energy together, which is then around 764 keV, and if one of them leaves The new factor in our experiment is these helium-3 counters. These helium-3 counters are very difficult to build, years of development at the ILL in Grenoble helped us here massively. There they know how to do these things. It's always a collaboration between many people that allows such complicated things to be done in the first place. And secondly, France helped us a great deal, the country's so-called strategic reserve of helium-3 was made available to us, so we have 400 litres of helium-3, an incredibly expensive substance, available to us. We get anxious, of course, lest we lose some of it, or that something happens to it. So, you no longer sleep very well if you are doing these types of experiments. So much for these pulses and how they look, and now perhaps just a few experimental details that are interesting mainly for the experimental physicists among you. The neutrons need to be braked, as I've said, and this proceeds relatively slowly. We need to wait until we have magnitudes of 200 microseconds until the mass of these neutrons is really slowed down. In other words, we implement a delayed coincidence between the protons in the scintillator and the neutrons in the helium-3 counter – and the delay periods – the opening of the window – are unfortunately very long, and we actually get a lot of background noise with such lengthy times, which is the problem of this experiment. Now, we can do a lot of things to counteract this background noise. I mention here just one of the most important things we can do. We have for example background noise due to the fact that lots of muons come from the cosmic radiation, very fast particles, and these muons can make a nuisance of themselves. They can generate a fast neutron in our counter, which is quite undesirable, and this fast neutron creates a proton recoil when it meets the protons. And then it looks as if we get a proton from a real event, although it's a false event. We can eliminate such protein recoils – since we know about muon incidence, as I'm going to show you – through pulse shape discrimination techniques, by exploiting the fact that protons and positrons have different forms to their electrical impulses, which we observe in the scintillator. This is simply connected with the fact that these decay times, as I've pointed out here, are different, and that the protons interact with the molecules in another way to the positrons. The protons generate especially long-lived molecules and the positrons more short-lived molecules, so that the decay constants are different, and we can exploit this to separate these particles from these particles and especially to identify these false protons. Using this technique, we will certainly be able to reduce our risky background noise, and this is the riskiest part of the background, by a factor of between 10 and 100. Finally, I would like to say a little about what we expect. First, we are using the Grenoble reactor – as I've already mentioned – which is a really puny reactor when we think of nuclear power plant reactors. We should perhaps make it a little clearer in the press that these type of research reactors that we use for our neutron experiments, that they are harmless reactors compared with nuclear power plant reactors. Their capacity is simply much lower, although it's currently the most modern research reactor that exists anywhere in the world. So we have 57 megawatts of capacity, and we could ask, why we don't go straight to a large reactor, we could namely go to a nuclear power reactor, to a high-capacity electrical generation reactor. Such power reactors typically offer 3,000 megawatts of thermal output. The thermal output is higher than the electric output by a factor of three, meaning we could almost gain a factor of 100. The reason why we are nevertheless starting in Grenoble with this small, relatively small reactor is simply because we are concerned there with an almost point-formed neutrino source. The entire fuel assembly – there's only one in it – has a 40-centimetre diameter, and this is extraordinarily small, but if you want to measure such short oscillations, you must have small dimensions. Later, if we then perhaps go on to dimensions of 100 metres or so, measuring large distances from the reactor, then we will of course go to one of these dangerous nuclear power reactors, but that's still in the future. We simply intend to initially measure with two distances in Grenoble, namely 8.5 and 15 metres, and release the energy as I've briefly outlined. Later then, a nuclear power plant reactor with very much higher output, and then distances of perhaps 10 to 100 metres. Then we still need to discuss the possibility of a pulsed reactor; I particularly want to take the opportunity of this conference in Lindau to discuss this with some colleagues. In Dubna, in the Soviet Union, there's a highly interesting new reactor, which is of a very dangerous type. And there, there really is some concern that when one moves about in such a thing and they can then be rotated and brought together, and at the moment when they're brought together you have, so to speak, an atomic explosion. But then they part them again so rapidly that the thing doesn't blow up. Instead you get a quite strong pulse of neutrons, which leave again in good time, so to speak. Now, it doesn't bear thinking about what would happen if such a thing were once to get stuck, although, appropriate precautionary measures are of course available for this, because you shouldn't assume that we scientists are potential suicide candidates, as we are quite the opposite, at least most of us. Now, this type of pulsed reactor would be interesting for such an experiment because, naturally, such a strong pulse occurs only during a very short period, and our problem with such an experiment is the background noise. And we could then switch the apparatus off while the reactor isn't working, and we would then get a very much better relationship between the signal and the background noise, and this is the reason why such a pulsed reactor would be interesting in principle. Perhaps, however, not practically, because unfortunately the beta decays occur relatively slowly and we need to consider very precisely whether such a pulse is also long enough for us to actually achieve a gain in the relationship between the signal and the background. If we namely then need to leave the window open again for long enough so that the thing already delivers its next pulse, if we have just finished with the previous measurement, then such a reactor naturally doesn't help. These are things that we still need to discuss; we haven't talked about them yet. Now, what we expect from such an experiment are expect count rates, signal count rates, in the most favourable scenario, of up to around 3 impulses per hour, which sounds very hard, although it's not that bad, then background noise rates, and this is of course what is important, of around 1 impulse per hour. This is the aim, although it's a theoretical aim. Around a week ago we started to record our first data. We're not yet at this rate at the moment, but we've also not yet quite finished building the experiment, but it does appear that the thing is not far at all from the theoretical predictions, especially as the helium-3 counter is actually running better than we originally assumed. Now, the shielding against background noise is naturally the alpha and omega of such an experiment, and specifically both a shielding against the reactor and a shielding against false radiation that comes from the cosmic radiation. And here we've naturally taken very special measures. Now, finally, let me show you – just to give you a very brief impression of how the measurements are running -two slides. In the first image, I would like to show you what the core of such an apparatus looks like. So this is the centre of the equipment, the dimensions are stated here, which are around 80 centimetres up here, and around 130 centimetres coming out towards the top here. We have 30 of such individual proton counters, which are these scintillation counters with their multipliers, and which I previously showed you one schematically. In between each of them one helium-4 multiwire counting chamber, then a level of scintillation counters again, so a total of 30 of this type, and 4 of these helium-3 counters. So this is the heart of the apparatus, and this apparatus must of course now be wrapped up as carefully as possible to shield it from external radiation so that almost no false radiation arrives. As I said – a count rate in the whole arrangement of around 3 per hour in the most favourable scenario. And the next image shows you how the entire arrangement then looks. So here you see this counter again, that is, the dimension is around 1.30 metres from here to here, as I've just shown you. The entirety is then surrounded – this is a trolley, of course, you need to be able to push it into this shielding housing and then be able to bring it out again, because such an apparatus has naturally its tricky aspects and all sorts of things can go wrong. Here alone we have 132 of such multipliers located, and getting them to all run well at the same time is simply impossible, as we know. So, until we have everything in shape, so we can enter and exit here frequently, it must therefore be constructed so that access is easy. So the central apparatus is first surrounded by polyethylene, in order to slow down the neutrons, and this is particularly light material that creates good neutron-braking, which is then surrounded externally by a so-called veto-counter. These are anti-coincidence counters that seal off this almost cube-formed apparatus on all six sides, and which tell us whether a particle, a charged particle, enters from outside. So this anti-coincidence that you see here comes next, and then come 20 centimetres of lead shielding to the outside; this is special lead with particularly low natural radioactivity. Natural radioactivity plays a decisive role in this experiment, and we've conducted an incredible number of experiments to keep the activity in the material that is used here as low as possible, a lead shielding, in other words. And then the whole thing is inserted here, and it is then fully sealed against the outside world. Then a second veto-counter up here, which is designated as Veto 2, so that we can again separately control and observe, at least from up here, the muon radiation and identify it quite securely. Now, this gives you a little impression of what these people in Grenoble, what our group in Grenoble, is up to in the cellar below the reactor. We sit as it were directly below the reactor; the reactor is running above us, and these are ideal shielding conditions. We also have the advantage that nobody can see us down there, nobody visits us, and we can work there in peace, far away from any bureaucrats who would never venture down there. So it's a fun time that we have there, and I hope that perhaps at one of our next conferences I can report to you on the events that occur while we're having fun down in our cellar. Thank you very much!

Meine lieben Studentinnen und Studenten, meine Damen und Herren, als einziger noch lebender Nobelpreisträger der Physik in der Bundesrepublik und damit Angehöriger einer rasch aussterbenden Gattung von Lebewesen habe ich mir überlegt, ob es nicht vielleicht zweckmäßiger wäre, anstelle eines wissenschaftlichen Vortrages über die Ursachen dieser rapiden Abnahme der Nobelpreisträger in der Bundesrepublik zu sprechen, das wäre vielleicht wichtiger, aber nachdem es sich hier um ein politisches Thema handelt und nachdem die Vertreter meines Kultusministeriums, des Bayerischen Kultusministeriums, ohnehin nicht anwesend sind auf dieser Tagung, dachte ich, dass ich vielleicht doch lieber über ein angenehmeres Thema rede und Ihnen einen wissenschaftlichen Vortrag halte. Ich möchte über Neutrinos zu Ihnen sprechen und möchte zunächst vielleicht einige Worte über die Geschichte der Neutrinos sagen. Wenn man in Europa über die Geschichte spricht, irgendeiner Materie, dann pflegt man meistens bei den alten Griechen anzufangen, aber bei den Neutrinos ist es so, dass die Geschichte so etwa um das Jahr 1933 beginnt, der genaue Zeitpunkt lässt sich da etwas schwer festlegen, denn die Hypothese der Neutrinos, die von Pauli formuliert worden ist, lässt sich zeitlich nicht so genau festlegen. Sie hat eine Wandlung durchgemacht, auch bei Pauli selbst, sie war eigentlich zunächst etwas anders konzipiert als wir sie heute gewöhnt sind, aber ich glaube, 1933 ist vielleicht ein gutes Jahr, um zu sagen, von da ab ist diese Hypothese gültig gewesen. Eine Hypothese, die darin besteht, dass wir annehmen mussten - und das war also die Annahme von Pauli - dass, wenn wir einen Betazerfall von einem Kern mit der Ordnungszahl Z etwa zu einem Kern mit der Ordnungszahl Z+1 unter Emission eines Elektrons haben, dass wir annehmen müssen, nachdem der Anfangs- und der Endzustand hier wohl definiert sind in Bezug auf seine Energie, dass auch die emittierte Strahlung, also in diesem Fall die Betastrahlung, eine wohldefinierte Energie hat. Wie Sie aber wohl alle wissen, ist das nicht so, sondern die emittierten Betateilchen haben eine Energieverteilung mit einer maximalen Energie, die wir in der Tat dieser Energiedifferenz, hier mit einigen Korrekturen, also Massendifferenzen, zuschreiben können, aber es gibt also auch eben sehr viel geringere Energien. Aus diesem Dilemma, was zunächst eventuell wie eine Verletzung von Erhaltungssätzen der Energie und des Impulses aussah, und der Spin spielte auch eine Rolle, aus diesem Dilemma kam also Pauli durch diese Neutrino-Hypothese heraus, indem er sagte, es wird nicht nur ein Betateilchen hier emittiert, ein Elektron, sondern gleichzeitig noch ein anderes Teilchen, ein Neutrino. Der Betazerfall lässt sich etwa dann so formulieren, dass in diesem Kern ein Neutron in ein Proton übergeht unter Emission dieser beiden anderen Teilchen. Das hier soll ein Elektron-Neutrino, genauer genommen - und das ist dieser Querstrich - ein Elektron-Antineutrino sein. Ob das anti oder nicht anti ist, das ist eine Frage der Definition, die eben mal so später eingeführt worden ist. Wir haben heute sehr gesicherte Annahmen, sehr gesicherte Messungen, oder sagen wir, einigermaßen gesicherte Messungen über diese Neutrinos, und ich möchte nun also heute in diesem Vortrag ein bisschen über einige der moderneren Konzepte dieser Neutrinos sprechen, keineswegs über alle. Die Summe unserer experimentellen Information - und wir müssen uns ja immer letzten Endes auf die Experimente verlassen, ganz gleich, was uns die Theoretiker alles Gescheites erzählen, wir müssen das nachprüfen und sehen, ob das dann auch stimmt - ist weitgehend in Quantenzahlen enthalten, die wir heute Leptonenquantenzahl nennen. Entschuldigen Sie bitte, wenn ich das alles hier in Englisch mache und meinen Vortrag in Deutsch halte, nachdem Herr Wegener sich so viel Mühe gegeben hatte, mit der Sprache will ich das also auch tun und möchte also hier in diesem Vortrag anstelle des sonst üblichen broken English ein visible English verwenden. Nun, diese Leptonenquantenzahlen, die Sie hier sehen, teilen wir den Elektronen- und den Myonen-Neutrinos zu, die wir heute kennen, und zwar kennen wir heute 4 solcher Leptonensorten, nämlich die Elektronen, die negativ geladenen Elektronen, und die zugehörigen Elektronen-Neutrinos, außerdem die Myonen und die zugehörigen Myon-Neutrinos, die also durch diese Quantenzahlen L(e) und L(My) charakterisiert werden können, und zu diesen Teilchen hier gibt es dann natürlich auch noch die entsprechenden Antiteilchen mit den entsprechenden Quantenzahlen umgekehrten Vorzeichens. In der Tat kennen wir heute - und das habe ich schamhaft durch diesen Punkt hier angedeutet - noch mindestens eine weitere Sorte von Leptonen, die sogenannten Tauonen, und zu denen gehören auch Neutrinos, aber diese Situation ist sehr neu und noch nicht in allen Einzelheiten aufgeklärt, und ich werde diese Tauonen weiter in meinem Vortrag nicht benützen, aber alles, was ich sage, lässt sich dann leicht auch verallgemeinern. Nun ein paar Worte darüber, welche Neutrinoquellen wir heute zur Verfügung haben, ich sollte vielleicht noch über diese Leptonenquantenzahlen, nachdem man mir zehn Minuten mehr Redezeit gegeben hat, etwas sagen. Ich habe hier ein Beispiel angeschrieben, wo Sie sehen, dass es für diese Neutronen-Elektronen-Quantenzahlen ein Erhaltungssatz gibt, also diese Nukleonen hier, die haben die Leptonenquantenzahl 0, und dann sehen Sie hier zum Beispiel, auf der linken Seite steht dann die Leptonenquantenzahl 0, und da muss sie auch auf der rechten stehen, wenn es einen Erhaltungssatz gibt, und Sie sehen, das stimmt. Hier etwa für das e- haben Sie hier eine 1 und für das Ny e quer, das Antielektronen-Neutrino, haben Sie ein -1, und 1und minus 1 macht also zusammen 0, links und rechts steht also das Gleiche in dieser Gleichung. Nun ein Wort über die Neutrinoquellen, die uns heute zur Verfügung stehen, die wesentlichen habe ich hier aufgeführt, wir haben also zunächst die Spaltungsreaktoren, die so sehr im Interesse der Öffentlichkeit zurzeit stehen. Diese Spaltungsreaktoren produzieren außer der gefährlichen radioaktiven Strahlung, die es da gibt, in noch viel größerem Umfang Neutrinos, das ist ein Hinweis für mögliche Demonstrationen, die diese Neutrinos im Bereich von 2 bis 8 MeV, die haben also so Flüsse von der Größenordnung 10^13, und zwar sind diese Flusszahlen, die ich hier angebe, so im Abstand von etwa 5 Meter vom Herzen eines solchen Reaktors entfernt, näher kann man ohnehin nicht ran, weil da große Abschirmungen zwischendrin sind, das sind also Flüsse für die stärksten Reaktoren, die wir heute haben. Dann haben wir die Mesonenfabriken, die uns Neutrinos liefern, und zwar während die uns hier Elektronen-Antineutrinos liefern, die Reaktoren liefern uns die Myonen-Neutrinos, sie liefern auch noch andere Teilchen, aber das sind die interessanten, aber schon mit sehr viel geringeren Intensitäten. Dann haben wir die Hochenergiebeschleuniger, die wieder in anderen Energiebereichen arbeiten und uns auch Flüsse liefern, die sehr gut für die Messungen noch geeignet sind, und schließlich eine unserer wichtigsten oder vielleicht eine unserer interessantesten Quellen für Neutrinos, die Sonne. Die habe ich hier etwas spezifischer aufgeführt, weil ich darauf noch einmal zurückkommen werde. Wir unterscheiden hier vor allem die niederenergetischen Neutrinos von der Sonne, das sind die, die mit hohen Intensitäten, also fast 10^11 im Fluss vorkommen, das sind jene Neutrinos, und zwar, das sind jetzt normale Elektron-Neutrinos, die im Hauptfusionsprozess der Sonne eine Rolle spielen, nämlich einfach der Verschmelzung von zwei Protonen. Dann gibt es aber noch hochenergetische Neutrinos, und das sind die einzigen, die heute der Messung zugänglich sind oder eigentlich zugänglich sein sollten, möchte ich lieber sagen, mit hohen Energien, die bei einer Seitenkette, nämlich dem 8 B, 8 Bor, nach 8 Beryllium Übergang produziert werden, aber nur mit ganz geringen Intensitäten. Auf diesen Punkt, diese letztere Reaktion, die, wie gesagt, die einzige ist, die derzeit direkter Messung zugänglich ist - das wird sich in naher Zukunft wahrscheinlich ändern - auf die werde ich dann noch einmal kurz zu sprechen kommen. Soweit also über die Neutrinoquellen, ich weise also noch mal darauf hin, Beschleuniger und Kernspaltungsreaktoren sind also die wesentlichen Quellen, die uns heute zur Verfügung stehen. Und jetzt ein paar Worte über einzigartige Eigenschaften der Neutrinos. Die Neutrinos sind ja wohl fast die merkwürdigsten Teilchen, die wir heute in der Natur haben, und ich will einige dieser merkwürdigen Eigenschaften - keineswegs alle - hier kurz erläutern. Zunächst einmal die Eigenschaften im oberen Teil hier, die Eigenschaften der Wechselwirkungen, nämlich welche Wechselwirkungen diese Neutrinos mitmachen. Und um Ihnen das zu demonstrieren, habe ich hier auch noch ein paar andere Teilchen aufgeschrieben, also Nukleonen, wie zum Beispiel das Proton, das nimmt teil an allen uns bekannten Wechselwirkungen, also an der starken Wechselwirkung, an der elektromagnetischen Wechselwirkung, an der schwachen Wechselwirkung und auch an der Gravitationswechselwirkung. Es gibt dann noch für die Physiker eine esoterische superschwache Wechselwirkung - aber das geht dann auch schon wieder an die Grenzen, sehr an die Grenzen, ich würde sagen, über die Grenzen unseres Wissens hinaus, drum will ich die gar nicht erwähnen. Und ich will auch in weiterer Zukunft nicht mehr die Gravitation erwähnen, die ist so schwach gegen die anderen Wechselwirkungen, dass wir sie für unsere Zwecke hier vernachlässigen können. Nun, die Elektronen, die sind schon etwas beschränkter insofern, als sie wegen ihrer Ladung noch an der elektromagnetischen und dann natürlich auch an der schwachen Wechselwirkung und erst recht an der Gravitationswechselwirkung teilnehmen. Noch schwächer sind die Neutrinos, die auch, weil sie keine Ladung tragen, nur noch an der schwachen Wechselwirkung beteiligt sind. Also Neutrinos sind einzigartig in der Form, dass sie weder an der elektromagnetischen noch an der starken Wechselwirkung beteiligt sind und es uns deswegen erlauben, isoliert gerade die Eigenschaften der schwachen Wechselwirkung zu studieren. Was schwache Wechselwirkung heißt, das muss man sich auch als Physiker, der dieses Gebiet kennt, so gelegentlich immer wieder einmal klarmachen. Schwache Wechselwirkung heißt, dass dieses Neutrinos fast überhaupt keine Wechselwirkung haben. Wir kennen die schwache Wechselwirkung beim Betazerfall, denn der Betazerfall kommt durch die schwache Wechselwirkung zustande, aber was das wirklich heißt, schwach, das ist, nachdem man den Betazerfall im Laboratorium ohne Weiteres beobachten kann, selbst für den Eingeweihten manchmal schwierig, man muss sozusagen den Betazerfallprozess umkehren und sich fragen, wie wahrscheinlich dieser Prozess ist. Um Ihnen das etwas klar zu machen, wie wenig wahrscheinlich dieser Prozess ist, möchte ich vielleicht zunächst einmal sagen, dass die Erde in ihrer Gesamtheit für Neutrinos praktisch transparent ist, die gehen durch wie nichts, das heißt zum Beispiel, die Sonne emittiert Neutrinos, und wenn Sie die Sonne über sich haben und Sie sehen sie, dann kommen diese Neutrinos bei Ihnen an, wenn die Sonne aber an der entgegengesetzten Seite steht, wenn es also Nacht ist bei uns, dann kommen die Neutrinos hier genauso an mit gleichem Fluss, mit gleicher Stärke, als wenn die Erde gar nicht da wäre. Wenn ich sie wirklich beeinflussen möchte, die Neutrinos, wenn ich also wirklich möchte, dass sie eine schwache Wechselwirkung machen, dass sie irgendwelche Reaktionen tatsächlich produzieren, dann muss ich so etwas an Material in ihre Bahn stellen, was etwa der Größenordnung eines Lichtjahres an Blei entspricht. Das sind natürlich ungeheure Mengen, und Sie können sich bei dieser Aussage klarmachen, dass es nicht ganz einfach ist, im Laboratorium solche Teilchen nachzuweisen, denn wenn die Erde transparent ist für solche Neutrinos, wie kann ich dann in einem Detektor von vielleicht der Größenordnung 1 Kubikmeter oder irgend so was überhaupt eine Chance haben, solche Teilchen zu sehen. Diese Chance kann ich natürlich nur haben, wenn ich genügend viele solcher Teilchen habe, dass ich trotz der geringen Wahrscheinlichkeit, die da besteht, vielleicht doch eine Chance habe, gelegentlich mal eins von diesen vielen Teilchen zu einer Reaktion zu bringen. Der Aspekt der Neutrinos - und da gibt's noch viele andere Aspekte, die ich jetzt nicht erwähne - der uns hier besonders interessiert, das ist die Frage nach der Ruhemasse der Neutrinos. Die normalen Theoretiker, und das habe ich hier angedeutet, das habe ich mit konventioneller Theorie hier bezeichnet, nehmen an, dass die Neutrinos, und zwar alle, ob das nun Elektron-Neutrinos sind oder Myon-Neutrinos, dass diese Neutrinos keine Ruhemasse besitzen, sich also so verhalten, wie wir das bei den Photonen auch konventionell annehmen, auch unsere Photonen, unser Lichtquanten besitzen keine Ruhemasse. Die experimentelle Situation sieht da gar nicht so gut aus, wir haben einmal für die Elektron-Neutrinos eine Obergrenze, die bei 35 Elektronenvolt liegt, und für die Myon-Neutrinos sieht die Situation noch wesentlich schlechter aus, dort haben wir eine Grenze von 650 keV. Dessen ungeachtet nimmt man jedoch in der Theorie an, dass die Ruhemassen 0 sind, nun, dass sie nicht so hoch liegen werden wie diese oberen Grenzen, dafür gibt es auch eine ganze Reihe von kosmologischen Argumenten. Ich glaube, dass man heute annehmen kann, dass die Massen für Neutrinos sicher unterhalb von etwa 15 Elektronenvolt liegen, sonst gäbe es also ganz unheimliche Konsequenzen für unsere ganzen kosmologischen Theorien, aber das ist schon nicht mehr so ganz gesichert. Jedenfalls sind die Massengrenzen, die wir heute kennen, relativ hoch, und man kann sich nun die Frage stellen, ist es vernünftig, anzunehmen, dass die Massen wirklich exakt null sind oder könnte vielleicht doch eine endliche Masse für die Neutrinos vorliegen. Ich werde Ihnen hier jetzt mal eine ganz kurze Liste geben von möglichen plausiblen oder weniger plausiblen Gründen, warum man annehmen könnte, dass die Ruhemasse der Neutrinos tatsächlich von null verschieden ist. Zunächst einmal ist zu sagen, dass die theoretischen Argumente, die wir haben und die uns dazu zwingen, die Ruhemasse null anzunehmen, dass die wesentlich weniger zwangsläufig sind als etwa beim parallelen, analogen Fall der Photonenruhemasse. Die Photonenruhemasse beruht ja darauf, dass wir eine elektromagnetische Eichinvarianz für unsere Gleichungen annehmen, und das ist eine Eichinvarianz, die ganz allgemein gilt für die sogenannte Welt-Hamilton-Funktion. Und aus dieser Annahme, dass diese Welt-Hamilton-Funktion invariant ist gegenüber so einer elektromagnetischen Eichinvarianz, folgt zwangsläufig nicht nur die Ruhemasse 0 des Photons, sondern auch die Erhaltung der elektrischen Ladung, und das ist ein Gesetz, was ungeheuer gut in der Natur durch Experimente verifiziert worden ist. Das heißt, es gibt hier recht strenge, harte Argumente für die Ruhemasse null des Photons, während es im Fall der Neutrinos keineswegs so zwangsläufig und so hart ist. Auch dort gibt es Symmetrieargumente, die ich nur dem Namen nach erwähne, ohne sie zu erläutern, insbesondere die sogenannte Gamma 5-Invarianz, die dazu führen, dass man zu einer Ruhemasse null des Neutrinos in der Theorie kommt, aber auch diese Invarianzen gelten nicht mehr allgemein für die sogenannte Welt-Hamilton-Funktion, sondern nur noch für die Wellenfunktion und die entsprechende Gleichung für die Neutrinos selbst, sie sind also wesentlich weniger allgemein, und man wäre gar nicht so schrecklich unglücklich, wenn man das aufgeben müsste, während man sehr unglücklich wäre, wenn man diese Eichinvarianzen auf dem elektromagnetischen Sektor aufgeben müsste. Also, mit anderen Worten, unsere Argumente hier für eine Ruhemasse null im Bereich der Theorie sind nicht so wahnsinnig überzeugend bis in ihre letzte Konsequenz hinein. Dann ein vielleicht etwas schwaches Argument, das ich aber trotzdem geben möchte, es ist immerhin interessant, darauf hinzuweisen, dass die Masse des Myons doch sehr verschieden von der Masse des Elektrons ist, während man für die zugehörigen Neutrinos sozusagen Massengleichheit, in dem Fall allerdings die Masse null, annimmt. Nun, das kann Zufall sein, das könnte sein, dass da eine höhere Symmetrie dahinter ist, all diese Dinge wissen wir natürlich heutzutage noch nicht. Ein weiteres Argument, auf das ich nur ganz kurz eingehen kann, weil es also etwas umfangreich ist, ist, dass man aus der Theorie der schwachen Wechselwirkung weiß, dass im Fall der sogenannten hadronischen Beiträge zu dieser Wechselwirkung gewisse Symmetrien bei unseren Quarks, die wir heute als die Grundbausteine ansehen, vorliegen. Und wenn man solche Symmetrien in ganz konsequenter Weise ganz analog auch für die Beiträge der Leptonen zur schwachen Wechselwirkung ansetzt, dann kommt man zwangsläufig auf eine recht interessante Erscheinung, die zuerst von Pontecorvo als Postulat angesetzt worden ist, und zwar eine Erscheinung oder eine Annahme, dass die Neutrinos, die wir heute beobachten, also das Elektron-Neutrino und das Myon-Neutrino, gar keine stabilen Teilchen im klassischen Sinn des Wortes sind, sondern dass die Überlagerungen Mischungen sind in genau der Form, wie sie Herr Professor Wegener heute für ein anderes Beispiel schon einmal erklärt hatte, dass die Überlagerungen oder Mischungen von zwei stabilen Teilchen sind, die ich jetzt mal Ny 1 und Ny 2 nenne, das heißt, diese neuen Neutrinos Ny 1 und Ny 2, die wir nicht beobachten, diese Neutrinos sind tatsächlich stabil in dem Sinn, dass sie eine ganz klar definierte Masse haben, modern ausgedrückt sagt man, diese Neutrinos sind Eigenzustände der Massenmatrix. Das habe ich ganz kurz nur für die Spezialisten hier noch einmal angedeutet, hier ist also jetzt der Hamilton-Operator für diese Eigenzustände der Massenmatrix angeschrieben, und Sie sehen sofort - diejenigen von Ihnen, die diesen Formalismus kennen - dass etwa hier ein Teilchen Ny 1 verschwindet und hier eins erzeugt wird, das heißt, die Zahl der Ny 1-Teilchen, die bleibt erhalten, genauso hier für die Ny 2-Teilchen. Wenn ich dagegen diesen Ausdruck mithilfe dieser Transformationsmatrix umschreibe, dann kriege ich so Konstanten, die ich alle so leicht ausrechnen kann, aus dem, was hier steht, die sind nicht wichtig, und dann kriege ich hier insbesondere so einen Ausdruck, wo Sie sehen, dass hier etwa ein Elektron-Neutrino umgewandelt wird in ein Myon-Antineutrino, das heißt, hier bleiben die Leptonenquantenzahlen nicht mehr erhalten. Das ist sozusagen die Symmetrie, die hier zerstört wird, und das ist hier ganz unmittelbar abzulesen, wenn ich so eine Transformationseigenschaft annehme. Dabei ist dieses Theta hier, dieser Winkel Theta ist einfach ein Mischungswinkel, über den wir überhaupt nichts wissen heutzutage, es ist ein Mischungswinkel der nur deswegen als Winkel hier geschrieben ist, damit diese ganze Geschichte schön orthogonal ist, also diese Sinus und Cosinus haben keinerlei Winkelbedeutung in üblicher Form, das ist einfach eine Konstante, und die ist dann so gemacht, damit diese Gleichungen jeweils schön aufeinander orthogonal sind. Wir haben also eine Mischung hier, das Elektron-Neutrino ist eine Mischung aus zwei stabilen Neutrinos mit diesem Mischungskonstant oder diesem Mischungsterm, diesem Mischungswinkel. Ein vierter Grund, warum man zu der Annahme kommt, warum die Annahme nicht mehr so unplausibel ist, dass die Myon- und Elektron-Neutrinos eine endliche Ruhemasse haben, ist das sogenannte Sonnen-Neutrino-Rätsel. Die Tatsache nämlich, dass von einer amerikanischen Gruppe Davis und Mitarbeitern, am Brookhaven-Labor sind die zu Hause, dass von denen seit vielen Jahren, eigentlich Jahrzehnten, kann man heute schon sagen, dieser Sonnen-Neutrino-Fluss, den ich Ihnen vorher angegeben habe, gesucht wird, und dass dieser Fluss nicht gefunden worden ist bzw. dass man mindestens einen Faktor 3 weniger Neutrinos von der Sonne beobachtet, als man tatsächlich erwarten würde. Ich bin noch nicht sicher, ob das schon eine Katastrophe ist, denn da gibt's immer noch ein paar Möglichkeiten, es könnte sein, dass die Wirkungsquerschnitte, die man für die Sonnenreaktion verwendet, dass die nicht ganz in Ordnung sind, da sind Extrapolationen nötig und so, aber es sieht doch allmählich recht verzweifelt aus, man weiß eigentlich nicht mehr so recht, wo dieser Fluss eigentlich bleibt, und die Annahme einer endlichen Neutrinomasse könnte - wie ich Ihnen das noch zeigen werde - dieses Rätsel sofort deuten. Das ist also auch ein weiterer Hinweis darauf, wenn auch noch kein endgültiger, dass Neutrinos in der Tat eine endliche Ruhemasse haben könnten. Nachdem ich also jetzt Gründe angegeben habe, warum die Neutrinos eine endliche Masse haben könnten im Gegensatz zur konventionellen Annahme, möchte ich Ihnen jetzt ein paar Konsequenzen schildern, die eine solche endliche Masse haben würde. Zunächst einmal gibt's da eine ganze Reihe von Konsequenzen, auf die ich jetzt im Einzelnen nicht eingehen kann, für die Teilchenphysik, Elementarteilchenphysik und für die Feldtheorien, aber diese Konsequenzen sind nicht umwälzend. Da gibt es also so kleine Korrekturen, die man anbringen müsste, die experimentell ungeheuer schwer zu messen sind, wenn das nämlich anders wäre, dann wüsste man das längst. Dann gibt es Konsequenzen für die Astrophysik und für die Kosmologie, vielleicht für den letzteren Punkt nur ganz kurz ein Wort. Wenn die Neutrinos eine Masse hätten, dann haben sie natürlich auch eine Energie nach der Einstein-Beziehung, und das könnte dazu führen, dass die ganze Energiebilanz im kosmologischen Raum ganz anders aussieht, als wir das heute annehmen. Das würde also gravierende Konsequenzen haben für unsere Theorien, insbesondere von der Entstehung der Welt, die Frage, ob das Weltall offen ist oder geschlossen ist und all diese Dinge, die kann man da in der Tat manipulieren, wenn man eine endliche Neutrinomasse hätte. Das hätte also ganz enorme Konsequenzen, es könnte sein, das wir - das wissen wir sehr wohl - nicht nur in einem See von Neutrinos schwimmen, Sie schwimmen die ganze Zeit in diesem See, sondern dass dieser See viel dichter ist und vielleicht ganz andere Teilchen noch enthält, als wir es derzeit annehmen. Der zweite Punkt, wenn die Neutrinos eine endliche Masse hätten, dann würden sie instabil werden können gegenüber Strahlungszerfall, insbesondere wenn etwa das Elektron-Neutrino oder das Myon-Neutrino unterschiedliche Massen haben, wenn das eine schwerer ist als das andere, dann kann natürlich das schwerere in ein leichteres zerfallen, und dabei könnte ein Gammaquant emittiert werden. Diese Prozesse sind ungeheuer schwer zu beobachten, darüber gibt es heute Annahmen, es gibt also Prozesse, nach denen man gesucht hat, es wird auch immer wieder mal verkündet in der New York Times oder in einschlägigen anderen Blättern, dass so etwas gefunden worden ist, das ist natürlich von ganz großer Bedeutung dann, aber das wurde dann immer wieder zurückgezogen, da wurden also einige Leute ganz kurz mal berühmt, aber dann wurden sie wieder in die Mottenkiste zurückversetzt. Also man sucht laufend nach diesem Zerfall hier, aber man hat ihn bisher nicht gefunden. Das würde auch Konsequenzen haben für die normale Stabilität des Neutrinos in der Form, dass wir dann dem Neutrino eine Zerfallszeit zuordnen können, darüber gibt es sehr viele Spekulationen, das ist überhaupt das Schöne an diesem ganzen Gebiet, dass man hier noch so richtig spekulieren kann, was man heute in der Physik nicht mehr so ohne Weiteres kann, da ist immer jemand da bei allen Ideen, die man heute hat, der sagt einem, ja, aber da haben Sie den zweiten Hauptsatz verletzt oder da haben Sie das verletzt oder haben Sie jenes übersehen, Sie haben einfach die Physik nicht richtig verstanden und dadurch kommen Sie zu solchen Ideen - das passiert einem also heute laufend. Hier ist es aber doch so, dass man noch wild philosophieren kann, und das ist eine gewisse Befriedigung, die man da hat, man kann also auch wilde Philosophien anstellen über die mögliche Zerfallszeit der Neutrinos. Nun, ganz so wild sind die Philosophien nicht, da muss man natürlich alle Experimente, die schon irgendwo mal gemacht sind daraufhin anschauen, ob man daraus etwas lernen kann, und da kann man in der Tat eine ganze Reihe lernen. Es ist doch heute so, dass man zumindest bei den Elektron-Neutrinos gute Argumente dafür hat, dass deren Lebenszeiten sehr lang sind, sicher sehr viel länger als alles, was ich für meinen Vortrag heute brauche, aber sie sind sicher auch unter Umständen länger als die Lebensdauer des Weltalls ist, wie wir heute annehmen, und das ist dann natürlich uninteressant, nach solchen Zeiten zu suchen, aber das ist noch eine etwas offene, nicht ganz gelöste Frage hier. Ein weiteres Argument, was ich bringen möchte - und das ist eigentlich das zentrale Thema meines Vortrages hier - ist, dass eine endliche Neutrinomasse und insbesondere eine Massendifferenz zwischen den beiden Hauptneutrinos, die ich Ihnen geschildert habe, Elektron- und Myon-Neutrino, eine solche Massendifferenz würde zu einer Instabilität gegenüber Transformationen führen würde, derart - ich habe hier nur das wichtigste Beispiel angegeben, es gibt andere Möglichkeiten - dass ein Elektron-Neutrino im Lauf der Zeit sich in ein Myon-Neutrino umwandelt, dieses wieder zurückverwandelt in ein Elektron-Neutrino und so weiter und so fort, dass also diese Neutrinos sozusagen oszillieren, mal ist diese Sorte da, wenn ich es am Anfang in dieser Form habe, und dann kommt diese Sorte und so weiter und so fort. Also, etwa ganz primitiv in einem Bildchen, wenn ich einen Kernreaktor habe, und ich habe hier eine Elektron-Antineutrino-Quelle, und die Neutrinos werden nach allen Seiten ausgesendet, dann wird dieses Neutrino nach einer gewissen Zeit sich in ein Myon-Neutrino umgewandelt haben, wieder weiter draußen ist es wieder ein Elektron-Neutrino und so weiter und so fort. Und wenn ich jetzt hier einen Detektor unterbringe irgendwo, der zum Beispiel nur auf Elektro-Neutrino anspricht, dann werde ich hier ein Maximum der Intensität für meine Elektron-Neutrinos finden, und hier werde ich zum Beispiel nichts finden, das heißt, die Neutrinos oszillieren, sie oszillieren als Funktion der Zeit oder nachdem sie - die Massen sind sicher klein - mit praktisch Lichtgeschwindigkeit laufen, werden sie auch als Funktion des Ortes in dieser Weise oszillieren. Und es sind gerade diese Neutrino-Oszillationen, über die ich Ihnen ein bisschen ausführlicher berichten möchte, denn wir sind gerade dabei, auf diesem Sektor ein Experiment zu unternehmen. Nun lassen Sie mich - aber das will ich vielleicht kurz machen - ein bisschen ganz kurz den Formalismus schildern, wie diese Oszillationen zustande kommen. Wir haben also vorher gesehen, dass wir die Annahme machen, dass Elektron-Neutrinos zum Beispiel eine Mischung sind aus diesen beiden Sorten von stabilen Neutrinos Ny 1 und Ny 2, und wir fragen uns jetzt, wie sieht es als Funktion der Zeit aus, wenn ich so ein Elektron-Neutrino produziere und das bewegt sich dann durch den Raum. Nun, die allgemeine Zeitabhängigkeit einer Wellenfunktion in der Quantenmechanik lässt sich so formulieren, wie ich sie hier angedeutet habe. Wir nehmen die Wellenfunktion zu irgendeiner Zeit, zum Beispiel zur Zeit Null und multiplizieren sie dann mit diesem Faktor, um die Zeitabhängigkeit zu bekommen, wobei ich atomare Konstanten der Einfachheit halber hier immer auf 1 setze, und wenn ich dieses konsequent auf diese Formel hier anwende, dann sehen Sie, dann bekomme ich die Zeitabhängigkeit für so ein Elektron-Neutrino in dieser Form hier, wobei E1 einfach die Energie ist, die zu dem Teilchen Ny 1 gehört und E2 die Energie ist, die das Teilchen Ny 2 besitzt, und das ist also dieser Mischungswinkel, der da oben steht. Als Beispiel gebe ich Ihnen hier etwa einen Kernspaltungsreaktor an, der also Elektron-Antineutrinos emittiert, und das bedeutet, dass am Orte oder zur Zeit Null keine Myonen-Neutrinos da sind, also im Zentrum des Reaktors entstehen Elektron-Neutrinos. Und jetzt bewegen sich die nach außen, und die Wahrscheinlichkeit, zur Zeit t dann ein solches Elektron-Neutrino aufzufinden, ist also durch diesen Ausdruck hier gegeben oder zumindest proportional zu diesem Ausdruck. Die lässt sich dann also ganz leicht in dieser Form schreiben, wobei Sie sehen, das hier eingeht zunächst einmal der Mischungswinkel und dann die Energiedifferenz dieser beiden Neutrinos Ny 1 und Ny 2. Das ist ganz analog wie bei einer Schwebung, wenn Sie so eine Schwebung von zwei Wellen mit zwei Frequenzen oder mit zwei Energien haben, dann geht ja auch immer die Energiedifferenz oder die Frequenzdifferenz bei einer solchen Schwebung ein. Und wenn Sie diesen Ausdruck jetzt, dieses E2 minus E1 mal der Zeit dann noch ein bisschen umformen, das ist also ganz trivial, diese Umformung, unter der Annahme, dass also der Impulsterm groß ist gegenüber dem Massenterm, dann bekommen Sie also einen Ausdruck, den Sie so schreiben können: Abstand D vom Erzeugungsort der Neutrinos dividiert durch eine Länge, die ich die Oszillationslänge nenne, die mir einfach angibt, wann diese Intensität raufgeht und runtergeht. Und wenn ich also noch diesen Parameter, der der wesentliche Parameter hier außer dem Mischungswinkel ist, nämlich M2^2 minus M1^2, die Massendifferenz der beiden beteiligten Neutrinos, wenn ich den Delta M^2 nenne, dann komme ich zu einer Oszillationslänge, die ich mal hier in Formeln angeschrieben habe. Wenn ich die in Meter angebe und die Energie der Neutrinos oder den Impuls in MeV und diese Massendifferenz in eV^2, dann kriege ich also hier ein Ausdruck für diese Oszillationslänge, für die ich Ihnen gleich noch Beispiele zeigen werde. Wichtig ist also - wie Sie sehen - das Ding geht nur, wenn das Delta M^2 von 0 verschieden ist, nur dann bekomme ich hier überhaupt etwas heraus, wenn nämlich das Delta M^2 gleich 0 ist, dann wird dieser ganze Ausdruck hier einfach 0 und dann steht hier einfach eine 1, und das ist dann nichts Besonderes, dann ist keine Zeitabhängigkeit vorhanden. Eine Zeitabhängigkeit kriege ich nur, wenn dieser Ausdruck von 0 verschieden ist, und dazu muss das Delta M^2, also die beiden Massen meiner beiden Neutrinos, die müssen tatsächlich verschieden sein. Nun ein paar Beispiele für solche Neutrinomassen und was da für Oszillationslängen rauskommen, das ist jetzt natürlich reine Spekulation, wir haben keine Ahnung, was wir da erwarten dürfen. Ich habe also jetzt mal hier drei Beispiele, nämlich einen Reaktor, eine Mesonenfabrik und einen Hochenergiebeschleuniger hier außen untergebracht und gebe Ihnen die Oszillationslängen für zwei verschiedene hypothetische Massendifferenzen an. Wenn wir annehmen, die Massendifferenz ist 1 eV^2 oder 10-3 eV^2, dann kriegen wir Oszillationslängen folgender Form: Für den Reaktor 2,5 Meter - das ist eine anständige Differenz, wo man messen kann, für die Mesonenfabrik 25 Meter - ist auch sinnvoll, und für einen Hochenergiebeschleuniger 2,5 Kilometer - ist auch noch sinnvoll. Wenn ich dagegen annehme, dass die Massendifferenz einen Faktor 10^3 niedriger liegt, dann komme ich schon beim Reaktor auf 2,5 Kilometer Entfernung, das sind Distanzen, da ist einfach keine Intensität mehr da, denn Intensität geht ja mit 1 durch R^2 mit dem Abstand runter, da kann man nicht mehr messen, Mesonenfabrik ist auch uninteressant und 2.500 Kilometer, das ist erst recht uninteressant, da kann man nicht mehr messen. Also, man wird annehmen können, vielleicht kann man hier noch einen Faktor 100 oder so runtergehen, aber das ist sicher schon ein Faktor 1.000, das ist sicher schon zu viel. Man könnte auch mit einem Beschleuniger annehmen, dass man vielleicht auf 250 Kilometer Entfernung noch messen kann, denn diese Neutrinos sind nach vorne gepikt, die Intensität geht also in Vorwärtsrichtung. Und in der Tat hat es mal einen Versuchsvorschlag bei Cern gegeben, so einen Neutrino-Detektor zu bauen, den einen direkt vor den Beschleuniger zu stellen und ihn dann wegzunehmen und dann hinter die Juraberge zu tragen, in die Schweiz hinüber, und dann noch einmal zu sehen, ob da noch irgendeine Intensität da ist, so im Abstand von 100 Kilometer oder so. Das ist im Prinzip vielleicht möglich, aber zunächst wird ein solches Experiment noch nicht gemacht. Nun, den Rest dieser Tabelle, den wollen wir unterdrücken, und ich möchte Ihnen jetzt ganz kurz - und nur damit Sie ein bisschen eine Idee bekommen, ohne auf Einzelheiten einzugehen - zeigen, wie solche Oszillationen jetzt aussehen würden, wenn wir sie messen an einem Kernspaltungsreaktor, und das ist das, was wir in der Tat in unserer Gruppe vorhaben. Ich habe ein paar Formeln da oben angeschrieben, die die Ausdrücke etwas definieren, aber das ist vielleicht jetzt gar nicht so wichtig, mit einer Ausnahme: Wenn wir keinen Mischungswinkel hätten, wenn der Mischungswinkel null wäre, dann gäbe es auch keine Neutrino-Oszillation, dann fällt das Ganze weg. Es ist also Voraussetzung, dass der Mischungswinkel einen endlichen Wert hat, und zwar einen möglichst großen, wenn möglich, das erleichtert die Experimente, aber wir haben über diesen Mischungswinkel selbst im Augenblick keine theoretischen Vorstellungen, es gibt da nicht einmal anständige Spekulationen darüber. Nun, unter der Annahme, dass wir es mit einer Punktquelle zu tun haben, dass also der Reaktor nahezu punktförmig ist, und das heißt auf Deutsch, dass seine Ausdehnung klein ist gegenüber der Oszillationslänge, unter Annahme, dass wir maximalen Mischungswinkel haben, das heißt in dem Fall Theta = Pi1/4, und unter der Annahme, einer willkürlichen Annahme, dass diese Massendifferenz vorliegt, habe ich Ihnen hier einmal so Neutrino-Oszillationen angemalt, mit dem Computer gerechnet, wie wir sie kriegen würden, wenn wir mit einem Kernspaltungsreaktor arbeiten und einfach den Abstand vom Reaktor verändern. Welche Intensität beobachten wir, wenn wir unseren Detektor sozusagen vom Reaktor wegbewegen, an verschiedenen Stellen unterbringen, D ist einfach der Abstand vom Zentrum des Reaktors, so ein paar Meter, so typisch zwischen 0 und 30 Metern, das sind so Distanzen, die man vielleicht einfach verwenden kann. Ich habe das hier für verschiedene Energieintervalle aufgetragen, vielleicht nehmen wir erst mal dieses da, von 4 bis 10 MeV, das ist so etwa der Bereich des Spektrums, der uns an einem Kernspaltungsreaktor zur Verfügung steht. Und da sehen Sie, da ändert sich die Intensität also in dieser Form, das heißt, wenn ich hier meinen Detektor aufstelle so bei 13 Metern oder so, dann kriege ich also ganz wenig, und wenn ich ihn hier bei 20 Meter aufstelle, kriege ich also ganz viel Neutrino-Intensität. Und wenn ich jetzt meinen Energieintervall variiere, dann sehen Sie, dann ändern sich diese Oszillationen ganz gewaltig, man kann also nicht nur als Funktion der Entfernung messen, sondern man kann auch als Funktion der Energie im Prinzip messen, und das ist das, was wir in der Tat vorhaben. Nun, wie sieht die experimentelle Situation auf dem Bereich dieser Suche nach möglichen endlichen Neutrinomassen oder genauer, nach Neutrino-Oszillationen, aus. Ehe ich Ihnen das sage - aber noch ein Vorwort. Man könnte natürlich solche Neutrinomassen auch anders messen im Prinzip, man könnte andere Experimente anstellen, zum Beispiel, man kann ja direkt ein Betaspektrum vermessen und kann dann vielleicht dort die Genauigkeit immer genauer treiben, es gibt noch viele andere Vorschläge, die man machen könnte, all diese Vorschläge sind aber nicht konkurrenzfähig gegenüber solchen direkten Messungen von Neutrino-Oszillationen, denn bei diesem Experiment handelt es sich um ein Interferenz-Experiment. Und ein solches Experiment ist grundsätzlich immer sehr viel genauer, als wenn man Absolutbeträge, genauer, die Absolutbeträge von quantenmechanischen Wahrscheinlichen direkt misst, das heißt, wenn überhaupt, ist dieses Oszillationsexperiment um viele Größenordnungen allen anderen direkten Messungen von Massen überlegen. Welche Experimente gibt es bisher, die sich mit solchen Neutrino-Oszillationen beschäftigen? Genau genommen gibt es gar keine, das sind nur nachträgliche Analysen schon gemachter Experimente, die für andere Zwecke gemacht worden sind, die ich hier aufführe, und die man dann natürlich noch einmal rückanalysieren kann, um zu sehen, welche Grenzen folgen denn jetzt für mögliche Neutrinomassendifferenzen aus diesen Experimenten. Bei Cern am Gargamel, wurde eine Messung gemacht, immer maximaler Mischungswinkel angenommen, und die Energien sind hier angegeben, aus dem man den Schluss ziehen kann, dass wenn maximale Mischung vorliegt, dass die Neutrino-Massendifferenz kleiner als 1 eV^2 sein muss. Das ist sozusagen jetzt die experimentelle Grenze, die wir haben. Los Alamos, Yale hat einen Proposal, einen Vorschlag, und die glauben, dass sie mit ihrem Beschleuniger, das ist also die Mesonenfabrik in Los Alamos, eine Grenze erreichen können von kleiner 0,5 eV^2. Schließlich gibt es am Savannah River die Gruppe von Professor Reines und Mitarbeitern, das sind eigentlich die Pioniere auf diesem Gebiet, die seit 30 Jahren sich mit Elektronen-Neutrinos beschäftigen, und die schließen durch Rückanalyse ihrer früheren Experimente, dass die Massendifferenz kleiner als 0,3 eV^2 sein sollte. Wir planen an dem deutsch-französisch-britischen Höchstflussreaktor in Grenoble, in Frankreich, am sogenannten ILL, dem Institut Laue-Langevin, ein Experiment, das sich in einem sehr fortgeschrittenen Stadium des Aufbaus befindet, wir heißt, wir sind drei Gruppen, eine Gruppe aus USA vom Caltech , die Namen will ich nicht vorlesen, sie stehen hier, eine Gruppe von Grenoble, vom Institute de science nucléaire, eine französische Gruppe und unsere Gruppe in München von der Technischen Universität. Wir planen, diese Reaktion zum Nachweis der Neutrinos zu verwenden in genau der gleichen Form, diese Reaktion ist dieselbe, wie sie Reines seit Jahrzehnten für die Messung des Wirkungsquerschnitts dieser Reaktion verwendet hat, wir verwenden allerdings eine andere Messtechnik, dieselbe Reaktion - aber eine andere Messtechnik. Der Wirkungsquerschnitt, der von Reines und Mitarbeitern gemessen worden ist - das geht, wie gesagt, über Jahrzehnte schon - liegt in der Größenordnung 10^-43 cm^2, dabei kriegt man als Physiker den Schüttelfrost, wenn man solche Zahlen sieht, auch als Physiker, sollte ich sagen, die sind nämlich wirklich ungeheuer klein, und das ist also genau diese Aussage, die ich anfangs gemacht hatte, dass die Erde transparent ist gegenüber solchen Neutrinos. Diesen Wirkungsquerschnitt wollen wir noch einmal messen, denn - wie gesagt - diese Messung steht einzig und allein da seit Jahrzehnten, und es ist natürlich immer nötig, dass man solche Messungen, die derartige Bedeutung haben, noch einmal mit unabhängigen Methoden, also mit anderen Messmethoden nachprüft. Nun, ganz kurz vielleicht - auch wieder nur etwas mehr für die Kenner - eine Darstellung des Verlaufes der wesentlichen Größen, die bei einem solchen Experiment eingehen, nämlich einmal die Energieverteilung der Neutrinos oder der Antineutrinos, die von einem Kernspaltungsreaktor emittiert werden, die ich also hier angegeben habe, und zwar für verschiedene Berechnungen. Eine solche Energieverteilung lässt sich nur sehr schwer direkt messen, Messungen sind zurzeit im Gange, aber da gehen so viele Korrekturen ein, dass man das mit Theorie kombinieren muss, und die Schwierigkeit ist einfach, dass wir heute bei der Kernspaltung wissen, dass so an die 720 verschiedene Spaltprodukte dabei entstehen. Und von etwa 200 dieser Spaltprodukte kennt man heute die Zerfallsschemen und über die anderen 500 muss man einfach geeignete theoretische Spekulationen anstellen, die heute sehr weit gediehen sind, aber sich eben doch unterscheiden, und dadurch kommen solche Unterscheidungen im Verlauf des Antineutrinospektrums zustande. Weiterhin geht ein der Wirkungsquerschnitt für die Elektronen-Antineutrinos, der steigt in der Form, wie ich es hier angezeichnet habe, quadratisch mit der Energie an, zumindestens in diesem Energiebereich, im MeV-Bereich. Wenn sie zu Großbeschleunigern gehen, also bei Cern im GeV-Bereich, da geht das dann linear mit der Energie aus Formfaktorgründen, aber hier geht das sozusagen quadratisch, das heißt, gerade die hohen Energien sind das Interessante, aber das sind natürlich gerade die Energien, bei denen die Beta-Teilchen besonders geringe Energien haben, Neutrinos hohe Energie, Beta-Teilchen niedrige Energie. Und wenn ich diese beiden Dinge zusammenfalte, wenn ich die miteinander multipliziere, also diese Frage, wie viel Neutrinos bekomme ich denn von meinem Reaktor und wie ist denn der Wirkungsquerschnitt, das ist eigentlich die Größe, die uns vor allem interessiert, dann sieht das also so aus, wir haben also in der Gegend von 4 MeV etwa ein Maximum unserer Verteilung, das ist also da, wo unsere experimentelle Empfindlichkeit dann eben besonders gut sein wird. Nun, wie sieht so ein Experiment aus - zumindest in unserem Fall, im Fall unseres geplanten Experimentes. Was wir da tun ist Folgendes: Noch einmal die Reaktion, oben, die ich schon erwähnt habe, das ist also, was wir nachweisen wollen, es kommen also Elektron-Antineutrinos vom Reaktor, und die fallen in einen Szintillator ein, das ist also ein Volumen, gefüllt mit Szintillationsflüssigkeit, Details und Maßangaben sehen Sie dann später, jetzt bloß das Prinzip, eine speziell produzierte Szintillationsflüssigkeit, speziell für dieses Experiment gemacht mit ganz besonderen Eigenschaften. An dieser Stelle findet also jetzt eine dieser seltenen Reaktionen statt mit einem Proton, dieser Szintillator ist ganz besonders reich an Protonen, dieses Proton wird also jetzt hier zerfallen in ein Neutron und in ein Positron. Das Positron, das hat eine Energie von einigen MeV hier, das bewegt sich eine Weile hier und wird schließlich zur Ruhe kommen und dann in zwei Gammaquanten zerfallen, und dieses ganze Sammelsurium hier an elektromagnetischen Strahlungen, was da zustande kommt, das wird dann hier in diesen Multipliern direkt beobachtet. Das Neutron, was gleichzeitig entsteht hier, dieses Neutron hat Energien, die relativ gering sind, vielleicht der Größenordnung 10 keV, das wird moderiert, das heißt, es erleidet viele Zusammenstöße mit den Protonen, die hier drin sind und in anderen leichten Elementen, es wird also immer langsamer werden u nd wird dann schließlich irgendwo da hinüber diffundieren in einen Helium 3-Zähler, und das Helium 3 spricht ganz besonders stark mit ganz besonders hohen Wirkungsquerschnitten auf thermische Neutronen an, wird also dann hier absorbiert werden. Bei der Absorption entsteht dann ein Tritium und ein Proton, und diese beiden produzieren wieder einen elektrischen Impuls an den Drähten, die sich in diesem Zähler befinden, und so kann man also dieses Neutron nachweisen. Voraussetzung ist, dass das Neutron thermisch ist, also die 10 kV, die es hier hat, die sind zu viel, die müssen erst runtergebremst werden, das ist entscheidend, es muss erst verlangsamt werden, denn nur dann haben wir diesen schönen, hohen Wirkungsquerschnitt, diese schöne hohe Nachweisempfindlichkeit, die wir gerne hätten. Ganz kurz die Pulse, die wir beobachten, einmal hier und einmal hier, die sehen dann also etwa so aus, an dem Protonen-Szintillator bekommen wir eine Impulsverteilung dieser Form. Wichtig ist dabei, dass wir Auflösungen von etwa 18 Prozent bei 1 MeV erreichen können, das ist nicht schlecht, das ist für Untergrundsfragen natürlich wichtig, die Auflösung so gut wie möglich zu haben und auch für die Energieauflösung, die man dann insgesamt haben möchte. Bei den Helium-3-Zählern haben wir Impulsformen dieser Art, ich habe ja gesagt, es entsteht ein Proton und ein Tritium, wenn ich sie also beide zusammen erwische im Zähler, wenn nicht eins wieder rausfliegt, dann kriege ich also alle Energie zusammen, das sind dann etwa 764 keV, und wenn mir eins auskommt - das wird vor allem das Proton sein - dann kriege ich also etwas weniger Impulsgröße. Das Neue an unserem Experiment sind diese Helium-3-Zähler. Diese Helium-3-Zähler sind sehr schwierig zu bauen, da hat uns ungeheuer die jahrelange Entwicklung am ILL in Grenoble geholfen, man weiß dort, wie man solche Dinge macht, das ist ja immer eine Kollaboration zwischen vielen Leuten, die so komplizierte Dinge überhaupt ermöglichen, und zweitens hat uns Frankreich sehr geholfen, man hat uns die sogenannte strategische Reserve des Landes an Helium-3 zur Verfügung gestellt, wir haben also 400 Liter Helium-3, das ist eine ungeheuer teure Substanz, die stehen uns zur Verfügung. Wir zittern natürlich, dass uns das irgendwie mal auskommt oder dass da irgendetwas mit passiert, man hat also keinen ruhigen Schlaf mehr, wenn man solche Experimente macht. Nun, soweit also zu den Pulsen und wie die aussehen, und jetzt vielleicht noch ein paar experimentelle Einzelheiten, die vor allem für die Experimentalphysiker von Ihnen von Interesse sind. Die Neutronen müssen abgebremst werden, wie ich Ihnen gesagt habe, und das geht relativ langsam vor sich. Wir haben etwa es nötig, so Größenordnung 200 Mikrosekunden lang zu warten, bis wirklich die Masse dieser Neutronen abgebremst ist, das heißt, wir machen eine verzögerte Koinzidenz zwischen den Protonen im Szintillator und den Neutronen in dem Helium-3-Zähler, und leider sind die Verzögerungszeiten, die Öffnung des Fensters, recht lang, und man kriegt natürlich recht viel Untergrund in solchen langen Zeiten, das ist das Problem dieses Experimentes. Nun kann man gegen den Untergrund eine Menge Dinge tun, ich erwähne hier nur eines unserer wichtigsten Dinge, die wir tun. Man hat zum Beispiel Untergrund der dadurch kommt, dass aus der kosmischen Strahlung sehr viele Myonen kommen, sehr schnelle Teilchen, und diese Myonen können Unfug machen, die können in unserem Zähler ein schnelles Neutron erzeugen, was ganz unerwünscht ist, und dieses schnelle Neutron macht einen Protonenrückstoß, wenn es mit Protonen zusammentrifft, und dann sieht es so aus, als wenn wir ein Proton bekommen hätten von einem wirklichen Ereignis, obwohl es ein falsches Ereignis ist. Solche Protonenrückstöße können wir - da wir ja über den Myoneneinfall Bescheid wissen, wie ich Ihnen noch zeigen werde - eliminieren durch Pulse Shape Discrimination-Techniken, indem wir nämlich ausnützen, dass Protonen und Positronen verschiedene Formen ihrer elektrischen Impulse haben, die wir in dem Szintillator beobachten. Das hängt einfach damit zusammen, dass diese Zerfallszeiten, die ich hier angedeutet habe, verschieden sind, dass die Protonen mit den Molekülen in anderer Form in Wechselwirkung treten als die Positronen. Die Protonen erzeugen insbesondere langlebige Moleküle und die Positronen mehr kurzlebige, sodass die Zerfallskonstanten verschieden sind, und das kann man dann ausnützen, um diese Teilchen von diesen Teilchen zu trennen und insbesondere diese falschen Protonen zu identifizieren. Mithilfe dieser Technik werden wir sicher eine Reduktion unseres gefährlichen Untergrunds, und das ist der gefährlichste Teil des Untergrundes, um einen Faktor zwischen 10 und 100 bewerkstelligen können. Zum Schluss möchte ich noch ein paar Angaben machen, darüber, was wir uns erwarten. Zunächst einmal, wir benutzen den Grenobler Reaktor - wie ich schon erwähnt habe - der ein recht mickriger Reaktor ist, wenn wir so an Kernkraftwerksreaktoren denken. Das sollte man vielleicht auch ein bisschen klarer machen in der Presse, dass die Forschungsreaktoren dieser Art, die wir für unsere Neutronen-Experimente verwenden, dass das harmlose Reaktoren sind vergleichsweise zu Kernkraftwerksreaktoren, ihre Leistung ist einfach viel geringer, obwohl das der zurzeit modernste Forschungsreaktor ist, der irgendwo auf der Welt existiert. Wir haben also 57 Megawatt Leistung, und man könnte fragen, warum gehen wir nicht gleich an einen großen Reaktor, man könnte nämlich an einen Kernkraftreaktor gehen, an einen Leistungsreaktor zur Elektrizitätserzeugung. Solche Leistungsreaktoren haben typisch Größenordnung 3.000 Megawatt thermische Leistung, die thermische Leistung ist noch ein Faktor 3 höher als die elektrische Leistung, man könnte also fast einen Faktor 100 gewinnen. Der Grund, warum wir trotzdem in Grenoble mit diesem kleinen, relativ kleinen Reaktor anfangen, liegt einfach darin, dass wir es dort mit einer nahezu punktförmigen Neutrinoquelle zu tun haben, das ganze Brennelement, da ist nur eins drin, hat 40 Zentimeter Durchmesser, und das ist ungeheuer klein, und wenn man so kurze Oszillationen messen möchte, muss man kleine Dimensionen haben. Später, wenn wir dann vielleicht so Dimensionen von 100 Metern oder so gehen, große Abstände vom Reaktor vermessen, dann gehen wir natürlich an einen dieser gefährlichen Kernkraftreaktoren, aber das ist also noch in der Zukunft. Wir beabsichtigen einfach mit zwei Distanzen in Grenoble, nämlich 8,5 und 15 Metern zunächst zu messen und dabei auch die Energie aufzulösen, wie ich das kurz angedeutet hatte. Später dann also ein Kernkraftwerksreaktor mit sehr viel höherer Leistung und dann Distanzen von vielleicht 10 bis 100 Metern. Dann ist noch zu diskutieren die Möglichkeit eines gepulsten Reaktors, ich will gerade die Tagung in Lindau benützen, um mit einigen Kollegen darüber zu diskutieren. In Dubna, in der Sowjetunion, gibt es einen ganz ungeheuer interessanten neuen Reaktor, das ist ein sehr gefährlicher Typ, und man ist da also wirklich ein bisschen in Sorge, wenn man sich in einem solchen Ding bewegt, das sind einfach im Prinzip zwei Atombomben, die unterkritisch sind, und die lassen sie dann rotieren, und die lassen sie dann zusammenkommen, und im Augenblick des Zusammenkommens, haben sie sozusagen eine Atomexplosion, aber dann führen sie sie so schnell wieder auseinander, dass das Ding nicht ganz hochgeht, sondern dass sie nur einen ganzen starken Puls an Neutronen kriegen und rechtzeitig sozusagen wieder weggehen. Nun, es ist nicht auszudenken, was passiert, wenn so ein Ding mal stecken bleibt, aber dafür hat man natürlich schon Vorsichtsmaßnahmen geeigneter Art ergriffen, denn man soll nicht annehmen, dass wir Wissenschaftler potenzielle Selbstmordkandidaten sind, da sind wir weit davon entfernt, zumindest die meisten von uns. Nun, so ein gepulster Reaktor wäre eventuell für so ein Experiment deswegen interessant, weil natürlich so ein starker Puls nur in einer kurzen Zeit sich ereignet, und unser Problem ist bei einem solchen Experiment der Untergrund, und man könnte dann die Apparatur abschalten, während der Reaktor nicht arbeitet und würde dann ein sehr viel besseres Verhältnis von Signal zu Untergrund kriegen, und das ist der Grund, warum so ein gepulster Reaktor im Prinzip interessant wäre, in der Praxis aber vielleicht doch nicht, weil leider die Betazerfälle relativ langsam vor sich gehen, und man muss sich sehr genau überlegen, ob so ein Puls auch lang genug ist, dass man in der Tat ein Gewinn im Verhältnis von Signal zu Untergrund bekommt. Wenn man nämlich das Fenster dann doch wieder so lange auflassen muss, dass das Ding schon wieder den nächsten Puls liefert, wenn man mit der alten Messung gerade fertig ist, dann bringt so ein Reaktor natürlich nichts. Das sind Dinge, die müssen erst noch diskutiert werden, darüber haben wir bisher noch nicht gesprochen. Nun, was wir uns erwarten von einem solchen Experiment, das sind Zählraten, Signalzählraten, im günstigsten Fall von etwa 3 Impulsen pro Stunde, das klingt also sehr hart, ist aber eigentlich gar nicht schlecht, dann Untergrundsraten, und das ist natürlich das Wichtige, von etwa 1 Impuls pro Stunde. Das ist das Ziel, das ist aber ein theoretisches Ziel, vor etwa einer Woche haben wir gerade begonnen, unsere ersten Daten aufzunehmen, wir sind noch nicht an dieser Rate im Augenblick, aber wir sind auch noch nicht ganz fertig mit dem Aufbau des Experiments, aber es sieht so aus, als wenn die Sache gar nicht so weit von den theoretischen Vorhersagen entfernt ist, insbesondere nachdem die Helium-3-Zähler in der Tat besser laufen, als wir ursprünglich angenommen hatten. Nun, die Abschirmung gegen den Untergrund ist natürlich das A und O eines solchen Experimentes, und zwar sowohl eine Abschirmung gegenüber dem Reaktor als auch eine Abschirmung gegenüber falscher Strahlung, die aus der kosmischen Strahlung kommt, und da haben wir natürlich ganz besondere Maßnahmen ergriffen. Lassen Sie mich nun zum Schluss - bloß um Ihnen einen ganz kurzen Eindruck zu geben, die Messungen laufen, wie gesagt, gerade an - noch zwei Dias zeigen. Im ersten Bild möchte ich Ihnen zeigen, wie so ein Apparat im Herzen aussieht. Das ist also das Zentrum der Anordnung, die Dimensionen sind hier angegeben, das sind also etwa 80 cm hierüber und etwa 130 cm nach hier oben raus, wir haben 30 solcher einzelnen Protonenzähler, das sind diese Szintillationszähler mit ihren Multipliern, von denen ich Ihnen vorher schematisch einen gezeigt habe, zwischendrin jeweils eine Helium-4-Vieldraht-Zählkammer, dann wieder eine solche Ebene von Szintillationszählern, insgesamt also 30 von der Sorte und 4 von diesen Helium-3-Zählern, die da insgesamt vorkommen. Das ist also das Herz der Apparatur, und diese Apparatur muss nun natürlich sorgfältigst eingewickelt werden, um sie gegen äußere Strahlung abzuschirmen, damit also keine falsche Strahlung kommt, wie gesagt - die Zählrate in der ganzen Anordnung günstigstenfalls 3 pro Stunde. Und das nächste Bild zeigt Ihnen, wie diese Gesamtanordnung dann aussieht. Also hier sehen Sie wieder diesen Zähler, also die Dimension ist etwa 1,30 Meter von hier bis hier, den ich Ihnen gerade gezeigt habe. Das Ganze ist dann umgeben - das ist ein Wägelchen, man muss natürlich das reinschieben können in dieses Abschirmhaus und wieder rausholen können, denn so eine Apparatur hat natürlich ihre Tücken, und da geht natürlich alles mögliche kaputt. Wir haben allein hier 132 solcher Multiplier sitzen, und dass die alle gleichzeitig gut gehen, das ist einfach nicht möglich, wie man weiß, also muss man, bis man das alles richtig in Schuss hat, hier öfters raus und rein, es muss also so gebaut sein, dass leichter Zugang möglich ist - diese zentrale Apparatur ist also umgeben zunächst von Polyethylen, und zwar um die Neutronen abzubremsen, das ist also besonders leichtes Material, was eine gute Neutronenabbremsung erzeugt, ist dann nach außen hin umgeben von einem sogenannten Veto-Zähler, das sind Antikoinzidenzzähler, die von allen sechs Seiten diesen nahezu kubusförmigen Apparat abschließen und die uns melden, ob irgendein Teilchen von außen, ein geladenes Teilchen von außen eintritt. Also, diese Antikoinzidenz, die Sie auch hier sehen, ist das nächste, und dann kommen 20 cm Bleiabschirmung nach außen hin, das ist Spezialblei mit besonders niedriger natürlicher Radioaktivität, die natürliche Radioaktivität spielt bei diesem Experiment eine entscheidende Rolle, und wir haben unheimlich viel unternommen, um die Aktivität in dem Material, was hier verwendet wird, möglichst niedrig zu drücken, also eine Bleiabschirmung, und dann wird das Ganze hier reingeschoben und ist dann also völlig dicht gegenüber der Außenwelt. Zusätzlich noch ein zweiter Veto-Zähler hier oben, was mit Veto 2 bezeichnet ist, damit wir die Möglichkeit haben, zumindest von oben hin die Myonen-Strahlung, die hier durchläuft, noch einmal gesondert zu kontrollieren und ganz sicher zu identifizieren. Nun, das gibt Ihnen so ein bisschen einen Eindruck, was diese Leute dort in Grenoble, was unsere Gruppe dort in Grenoble in dem Keller unterhalb des Reaktors treibt. Wir sitzen also direkt unter dem Reaktor, der Reaktor läuft also über uns, das sind ideale Abschirmbedingungen. Wir haben auch den Vorteil, dass uns dort unten niemand sieht, niemand besucht, und man dort in Ruhe arbeiten, fernab von jeder Bürokratie, die würden es nie wagen, da hinunter zu kommen, es ist also ein sehr lustiges Leben, was wir dort haben, und ich hoffe, dass ich Ihnen vielleicht auf einer der nächsten Tagungen dann von diesen Ergebnissen dieses lustigen Lebens berichten kann. Vielen Dank!

Rudolf Mößbauer (1979)

Neutrino Stability

Rudolf Mößbauer (1979)

Neutrino Stability

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When Rudolf Mößbauer came to Lindau in 1979, he gave a lecture that was totally different from the four lectures he had given at the Lindau Meetings between 1965 and 1976. His first two lectures concerned the Mößbauer effect, the discovery of which had made him a Nobel Laureate and brought him to Lindau. The next two lectures indicated his change of interest as he moved from Munich to Grenoble, where he in 1972 succeded his PhD adviser Heinz Maier-Leibnitz as director of the Institut Laue-Langevin. This institute, which was founded in 1967 as a French-German initiative, has as its main instrument a small high flux nuclear reactor as a source of neutrons to be used for studies of materials, etc. But during his directorship, Mößbauer took an interest in a completely different kind of particle produced by the reactor, the neutrino. At the time of his lecture, two families of so-called leptons were established without doubt, the electron and its electron neutrino, and the muon and its muon neutrino. In his long historical and very pedagogical introduction, Mößbauer actually mentions the third family, the tau and its tau neutrino, but comments that they are not firmly established yet. In the second part of the lecture, he then describes a planned experiment to determine if an electron neutrino (actually its anti-particle) emitted from the reactor can change to a muon neutrino and back again. The idea is to have a movable detector for electron neutrinos and see if the intensity of detected neutrinos will oscillate as the detector is moved away from the reactor. The ILL reactor is not as powerful as a commercial nuclear power plant reactor, but Mößbauer mentions that for this particular experiment there is a bonus at ILL because the reactor core is so small that they can treat it as a point source. He also mentions plans to move the experiment to a more powerful reactor. By listening to his 1982 lecture you will find out which one! Anders Bárány

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