Borexino

Die Hauptaufgabe des Borexino Experimentes ist die spektroskopische Vermessung der solaren Neutrinos. © Borexino Collaboration

Das Borexino Experiment wurde zum Nachweis solarer Neutrinos entwickelt. Der Detektor nutzt Flüssigszintillator zum Nachweis von Neutrinointeraktionen. Das Experiment ist im größten Untergrundlabor Europas, dem LNGS im Gran Sasso Massiv in den italienischen Abruzzen aufgebaut. Der Nachweis solarer 7Be Neutrinos gelang erstmals im Jahr 2007. Neben solaren Neutrinos stehen aber auch der Nachweis von Geoneutrinos, sowie Neutrinos aus Supernova Explosionen auf dem Forschungsprogramm. Die Universität Hamburg beteiligt sich mit einem kompakten Myonenspursystem, um die Identifikation myoneninduzierter Untergrundereignisse zu optimieren. Desweiteren beteiligt sich die Universität Hamburg bei der Analyse solarer Neutrinos und am SOX Projekt zum Nachweis steriler Neutrinos.


Neuigkeiten

Das Borexino Experiment in Italien hat zum ersten Mal in der Geschichte der Sonnenforschung pp-Neutrinos nachgewiesen. Ergebnisse dieser Forschungsarbeit wurden nun in der aktuellen Ausgabe von Nature veröffentlicht.

Borexino Collaboration, Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun, Nature 512, 383-386, 27. August 2014, DOI:10.1038/nature13702

SOX: Suche nach Sterilen Neutrinos

Eine Vielzahl von beobachteten Anomalien lassen sich mit einem hypothetischen vierten (sterilen) Neutrino erklären. Bisherige Experimente favorisieren eine vergleichsweise große quadratische Massendifferenz in der Größenordnung von 1 eV² zu den drei herkömmlichen Neutrinos. Das SOX Projekt (Short Baseline Neutrino Oscillations with Borexino) hat sich zum Ziel gesetzt die derzeitigen Spannungen im Feld der Neutrinophysik aufzulösen. Im Falle der Existenz derartiger Neutrinos würde der Borexino Detektor erstmalig die Oszillation von Neutrinos innerhalb eines Detektors beobachten können. Um dies zu erreichen werden eine kompakte Neutrino- (Cr-51) und Antineutrinoquelle (Ce-144/Pr-144) hergestellt und in der Nähe oder im Inneren des äußerst untergrundarmen Borexino Detektors installiert.

Suche nach Sterilen Neutrinos mit dem BOREXINO Detektor

Eine Vielzahl an experimentellen Ergebnissen kann mit drei Neutrinoarten erklärt werden. Dennoch gibt es einige experimentelle Anomalien die darauf hindeuten, dass es möglicherweise ein viertes, ein sogenanntes steriles Neutrino, geben könnte.
Da ein solches Neutrino – im Gegensatz zu den herkömmlichen Neutrinos – nicht über eine schwache Ladung verfügt, kann es auch nicht über die Z0 Resonanz nachgewiesen werden.
Ein solches Neutrino würde aber an den Neutrinooszillationen teilnehmen. Eine Reihe von Experimenten (LSND, Gallex, SAGE) favorisieren eine vergleichbare große quadratische Massendifferenz in der Größenordnung von 1 eV² zu den drei herkömmlichen Neutrinos. Dies bedingt eine relativ kleine Oszillationslänge, wenn von einer Energie von etwa 1 MeV ausgegangen wird.
Das SOX Projekt (Short Baseline Neutrino Oscillations with Borexino) hat sich zum Ziel gesetzt ein solches (steriles) Neutrino nachzuweisen. Hierfür wird eine radioaktive Quelle (Cr-51 bzw. Ce-144/Pr-144) in der Nähe oder auch im Inneren des Borexino Detektors installiert. Aufgrund der außerordentlichen Reinheit und der damit verbundenen geringen Untergrundrate ist der Borexino Detektor ein idealer Kandidat für eine solche Untersuchung. Der Nachweis der Neutrinos erfolgt im Falle der Chrom Quelle über die Neutrino-Elektron-Streung bzw. über den inversen beta-Zerfall (Ce-144/Pr-144). Letzteres bietet den Vorteil, dass aufgrund eines koinzidenten Signals, eine besonders Untergrundarme Messung durchgeführt werden kann.
Das Projekt sieht drei mögliche Phasen vor. In Phase 1 werden die Chrom- und Ceriumquelle in einem bereits vorhandenen Tunnel unterhalb des Borexino Detektors platziert, welches keinen direkten Eingriff am Detektor erfordert im daher parallel zur Messung der solaren Neutrinos (der Hauptaufgabe des Borexino Experimentes) stattfinden kann. In Phase 2 und 3 könnte dann die Ceriumquelle innerhalb des Wassertanks und später sogar im Zentrum des Detektors installiert werden. Dies bietet den Vorteil einer großen geometrischen Akzeptanz (und einer damit verbunden erhöhten Statistik), hat allerdings den Nachteil, dass hierfür der Detektors “geöffnet” werden muss. Daher werden die beiden letzten Phasen vermutlich erst nach Beendigung der solaren Messung stattfinden.


Auswahl an Veröffentlichungen

• G. Bellini et al (Borexino Collaboration), SOX: Short distance neutrino Oscillatons with BoreXino, Journal of High Energy Physics (JHEP), 2013:38, August 2013. E-Print: arXiv:1304.7721 [physics.ins-det]
• G. Alimonti et al (Borexino Collaboration), The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 600 (2009) 568–593

Die komplette Liste der Veröffentlichungen kann hier gefunden werden.

Vorträge zu SOX

Search for Sterile Neutrinos with the Borexino Detector
PANIC 2014, Hamburg, Deutschland, August 2014, M. Meyer
Results and Future Prospects of Borexino
ASTROPARTICLE PHYSICS 2014, Amsterdam, Niederlanden, Juni 2014, M. Meyer
Search for new Physics with SOX
DPG 2014, Mainz, Deutschland, März 2014, M. Meyer

 

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