De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Neutrino’s and astronomie Maarten de Jong HOVO–2014 1.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Neutrino’s and astronomie Maarten de Jong HOVO–2014 1."— Transcript van de presentatie:

1 Neutrino’s and astronomie Maarten de Jong HOVO–2014 1

2 Wat is een neutrino? 2

3 Radioactief verval ( ~ 1920) 2-deeltjes verval? detector elektron Einstein: magneet 3

4 Radioactief verval (II) aantal gebeurtenissen Energie niet behouden? gemeten energie spectrum 4

5 Geachte radioactieve dames en heren, Ik heb misschien een oplossing gevonden om de wet van energie behoud te redden. Het gemeten spectrum kan verklaard worden als zo’n onzichtbaar deeltje ontsnapt tegelijkertijd met het elektron zodat de totale energie klopt. … het bestaan van onzichtbare deeltjes –welke ik aldus neutronen noem– in de atoom kern. Maar tot nu toe heb ik dit niet durven publiceren en vraag ik u – radioactieve mensen – of het mogelijk is om het bestaan van dit deeltje experimenteel aan te tonen. Ik geef toe dat dit idee onwaarschijnlijk is omdat de neutronen – als ze bestaan – al veel eerder gezien zouden moeten zijn… Dus, geliefde radioactieve mensen, denk hierover na en oordeel. W. Pauli,4 december

6 Pauli (1930): Theorie van de zwakke kracht n p d d u u d u e W–W– Feynman diagram Fermi: neutrino 6

7 1950 – Reines & Cowan “Poltergeist”, Savannah River kernreactor neutrinodetectie Het bewijs van het bestaan van neutrino’s 7

8 Neutrino astronomie 8

9 kosmische straling 9

10 V -250 V geladen deeltje e-e- Ionisatie kamer ( ~ 1910) elektrische geleidbaarheid van lucht radioactiviteit van de Aarde? 10

11 druk [cm Hg] V Aarde V. Hess (1912) radioactiviteit komt vanuit de ruimte! kosmische straling “The results of my observation are best explained by the assumption that a radiation of very great penetrating power enters our atmosphere from above.” 11

12 P. Auger (1938) ontdekking van uitgebreide “deeltjes regens” tijd 12

13 hoogte [km] vrije weglengte N pion proton neutrino muon proton Aarde gezien door kosmische straling Aarde 13

14 Detectie van kosmische straling fluorescentie (ultraviolet ‘zichtbaar’) multipixel camera’s (stereoscopisch zicht) muon detectoren (aankomst tijden richting) grond oppervalk 14

15 Energie spectrum E [eV/deeltje] flux [(m 2 sr s GeV) -1 ] per km 2 per jaar 1 per m 2 per seconde plateau 1.5 eV = kg 1 m 15

16 impuls van het deeltje lading van het deeltjeMagnetisch veld straal v/e cirkel Afstand aarde – zon ( ~ 150 x 10 6 km ) Magnetisch veld zon ( ~ 10  G ) 16

17 Kosmische versnellers “CERN in the sky” 17

18 Fermi schokgolf versneller radio beelden April 1993 – Juni 1998 snelheid: SN1993J – M81 tijd 18

19 versnelling overlevings kans k stappen Simpel model geladen deeltje V interstellaire materie Fermi schokgolf versneller (II) 19

20 Thermodynamica Relativiteitsleer gemeten spectrum Fermi schokgolf versneller (III) 20

21 Welke geladen deeltjes? elektronenprotonen N  p   p neutrino’s muonen astronomie kosmische straling Synchrotron straling inverse Compton verstrooiing e e 21

22 Astronomie 22

23 constante van Plancksnelheid van het licht Energie van ‘deeltje’ golflengte: 23

24 1’ radio eV optisch 10 eVRöntgen 10 4 eV licht deeltjes10 12 eV breedbandig spectrum Krab nevel 24

25 traditionele astronomie neutrino astronomie kosmische stralen (bestaan uit combinaties van u en d quarks) Astro-deeltjes fysica leptons quarks generaties krachtdragers 25

26 2 e ~ 25 MeV Zonne energie Licht oprbrengst Neutrinos 26

27 Homestake goud mijn (USA) 130 ton Chloor ‘omgekeerd verval’ 27

28 extractie van Ar atomen ( ~ 15 / maand!) detectie principe 28

29 verwacht gezien Neutrino’s uit de zon ~ 30 jaar! SNU = s -1 / Atom 29

30 Super Kamiokande (Japan) nucleon decay experiment  ~ 50 kton puur water  12,000 PMTs 30

31 Geen proton verval gezien Maar Kamiokande is ook een neutrino detector… 31

32 detectie principe Energie en impuls behoud: atomair elektron neutrino telescoop gedetecteerd 32

33  zon Zon e atomair elektron Aarde Neutrino’s wijzen naar de zon aantal [(dag kton bin) -1 ] cos  zon 33

34 we zien ½ neutrino’s uit de zon neutrino oscillaties ¶ ¶ B. Pontecorvo,

35 Energie drempel  = ‘steriel’ 35

36 Mengen van neutrino toestanden massa toestanden zwakke toestanden 3 x 3 matrix (unitair) 36

37 Mengen van 2 toestanden creatiereizen door de ruimte ‘rotatie’ 37

38 2 1 Reizen van neutrino’s door de ruimte relatieve amplitudes veranderen met tijd of afstand e amplitude 38

39 Neutrino oscillaties (II) amplitude 2 39

40 Heisenberg : Lorentz boost : golflengte : 40

41 Sudbury Neutrino Observatory 1 kton zwaar water (D 2 O) 9600 PMTs 41

42 Neutrino reacties 42

43 Resultaten geen oscillaties behouden neutrino flux andere neutrino’s 43

44 KamLAND 55 kernreactoren met totaal vermogen 70 GW ( ~ 7% v/d wereldproductie) Neutrino’s worden geproduceerd op 130–220 km afstand van de detector 44

45 L/E [km/MeV] P( e e ) KamLAND (II) ideaal geval Neutrino oscillaties KamLAND meting CHOOZ meting geen oscillaties 45

46 23 Februari 1987 Supernova Aarde160,000 jaar Tijd correlatie  99% energie is neutrino’s  1% energie is licht 46

47 Neutrino astronomie 47

48 p, He,..  ? Kosmische stralen Gamma stralen neutrino’s – Supernova Remnants – Active Galactic Nuclei – Gamma-Ray Bursts –... ! Astro-deeltjes 48

49 Astro-deeltjes p  p + p  +,  ‒,  0  ±  ±, , e  0  ? deeltjes identificatie! e +  Electro-Magnetisch Hadronisch 49

50 1960 Markov’s idee:  Lengte muon spoor  Detectie Cherenkov licht  Water is transparant Zeewater als interactie en detectie medium Hoe? 50

51 Neutrino detectie muon golffront ~ km ~100 m muon reist met de lichtsnelheid (300,000 km/s) detectie Cherenkov licht ns – km neutrino interactie 51

52 strooihoek [graden] neutrino energie [GeV] Neutrino richting neutrino muon Neutrino telescoop!

53 neutrino energie [GeV] werkzame doorsnede [cm 2 ] Vrije weglengte: Werkzame doorsnede “Size matters”

54 Werkzame doorsnede (II) 1 fm Atoom 1 fm 100,000 x 54

55 Architectuur licht detectie data transmissie data filter meet- gegevens neutrino detector machine kamer analyse besturing startstop 55

56 Antares prototype neutrino telescoop 56

57 2.5 km 500 m 250 Atm. 200x200 m 2  200 personen  6 landen  40 km uit de kust bij Toulon, Frankrijk  gereed lijnen 25 verdiepingen / lijn Antares 57

58 Hydrophoon acoustische positie meting 10” PMT licht detectie Electronica uitlezing titanium frame mechanisch drager Optisch baken tijd calibratie 12 x 25 = 300 bouwstenen ~ 1 m 58

59 “All-data-to-shore” concept positie tijd 100 ms data filter 2  s offline reconstructie 1 MB/s bepaling van het muon spoor 1 GB/s astronomie 59

60 cos(  ) aantal gebeurtenissen Neutrino detectie muon  d(  ) Aarde ~ 3000 neutrinos! D = 2.5 km Atm. totaal Atm. neutrino’s Atm. muons Antares 60

61 Neutrino “sky map” Nog geen puntbronnen gevonden… 61

62 plotselinge Eddie stromen Temperatuur Aard & Zee onderzoek Frankrijk observatorium voedingsbodem Bioluminescentie kortstondige gebeurtenissen domineren leven in diepzee permanent observatorium tijdprofiel 62

63 KM3NeT KM 3 Neutrino Telescoop 63

64 Ontwerp ~ 600 m Optisch moduul Lanceer apparaat ‒31 x 3” PMTs ‒HV ‒LED & piëzo ‒FPGA uitlezing ‒White Rabbit ‒DWDM ‒snelle verankering ‒uitrollen autonoom ‒recyclebaar 64

65 3D print PMT spiegel glazen bol koelblok “paddenstoel” plug PCB met FPGA bolder riem HV 65

66 Prototype (I) April 2013Toulon, France 66

67 Multipliciteit Telsnelheid [Hz] PMT oriëntatie [graden] Atmosferische muonen K40 toevallige coïncidenties + data Prototype (I) Atmosferische muonen + data (M ≥ 7) schaduw Telsnelheid [a.u.]

68 Neutrino astronomie RXJ 1713 ‒ Terugvinden van kosmische stralen ‒ KM3NeT kan ontdekking doen binnen 5 jaar E [GeV] kans Hoek [graden] oppervlak [m 2 ] Effectief oppervlak Hoek resolutie muon neutrino 3 Vela X 68

69 Nieuws Energie [TeV] aantal (988 dagen) 69

70 Samenvatting  Neutrino’s bestaan, wisselwerken zwak met materie, en hebben een zeer kleine massa  Zonneneutrino’s zijn gemeten  Neutrino’s oscilleren spontaan  SN1987A was een neutrino flits  Eerste zeer energetische neutrino’s uit kosmos gezien  Neutrino’s uit andere astrofysische bronnen? Neutrino–astronomie is binnen handbereik (met KM3NeT)! 70

71 Neutrinos, they are very small. They have no charge and have no mass And do not interact at all. The earth is just a silly ball To them, through which they simply pass, Like dustmaids through a drafty hall Or photons through a sheet of glass. They snub the most exquisite gas, Ignore the most substantial wall, Cold-shoulder steel and sounding brass, Insult the stallion in his stall, And scorning barriers of class, Infiltrate you and me! Like tall And painless guillotines, they fall Down through our heads into the grass. At night, they enter at Nepal And pierce the lover and his lass From underneath the bed - you call It wonderful; I call it crass. John Updike 71


Download ppt "Neutrino’s and astronomie Maarten de Jong HOVO–2014 1."

Verwante presentaties


Ads door Google