De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Neutrino’s and astronomie

Verwante presentaties


Presentatie over: "Neutrino’s and astronomie"— Transcript van de presentatie:

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

2 Wat is een neutrino?

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

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

5 W. Pauli, 4 december 1930 Geachte radioactieve dames en heren,
Ik heb misschien een oplossing gevonden om de wet van energie behoud te redden. … het bestaan van onzichtbare deeltjes –welke ik aldus neutronen noem– in de atoom kern. Het gemeten spectrum kan verklaard worden als zo’n onzichtbaar deeltje ontsnapt tegelijkertijd met het elektron zodat de totale energie klopt. 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.

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

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

8 Neutrino astronomie

9 kosmische straling

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

11 V. Hess (1912) radioactiviteit komt vanuit de ruimte! druk [cm Hg]
70 60 50 40 30 20 10 radioactiviteit komt vanuit de ruimte! druk [cm Hg] 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.” V Aarde

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

13 Aarde gezien door kosmische straling
proton Aarde gezien door kosmische straling N 20 1 pion 18 proton 16 2 14 12 3 hoogte [km] vrije weglengte muon 10 8 5 neutrino 6 4 2 10 Aarde

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

15 Energie spectrum 1 m 1 kg 1.5 eV = flux [(m2 sr s GeV)-1]
plateau 1.5 eV = 1 per m2 per seconde flux [(m2 sr s GeV)-1] 1 kg 1 m 1027 1 per km2 per jaar 1010 1010 1020 E [eV/deeltje]

16 impuls van het deeltje straal v/e cirkel lading van het deeltje Magnetisch veld Afstand aarde – zon (~150 x 106 km) Magnetisch veld zon (~10 mG)

17 Kosmische versnellers
“CERN in the sky”

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

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

20 Fermi schokgolf versneller (III)
Thermodynamica gemeten spectrum Relativiteitsleer

21 Welke geladen deeltjes?
elektronen protonen Synchrotron straling p e N p inverse Compton verstrooiing p e m nm muonen neutrino’s astronomie kosmische straling

22 Astronomie

23 golflengte: constante van Planck snelheid van het licht
Energie van ‘deeltje’

24 Krab nevel breedbandig spectrum
1’ radio eV optisch eV Röntgen eV licht deeltjes 1012 eV breedbandig spectrum

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

26 Zonne energie ~25 MeV 2 ne Licht oprbrengst Neutrinos

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

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

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

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

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

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

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

34 we zien ½ neutrino’s uit de zon neutrino oscillaties¶
¶ B. Pontecorvo, 1957

35 Energie drempel nm = ‘steriel’

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

37 Mengen van 2 toestanden reizen door de ruimte ‘rotatie’ creatie

38 Reizen van neutrino’s door de ruimte
amplitude n1 ne relatieve amplitudes veranderen met tijd of afstand

39 Neutrino oscillaties (II)
amplitude 2

40 golflengte: Heisenberg: Lorentz boost:

41 Sudbury Neutrino Observatory
1 kton zwaar water (D2O) 9600 PMTs

42 Neutrino reacties

43 Resultaten andere neutrino’s behouden neutrino flux geen oscillaties

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

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

46 23 Februari 1987 Tijd correlatie 99% energie is neutrino’s
1% energie is licht Supernova 160,000 jaar Aarde

47 Neutrino astronomie

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

49 deeltjes identificatie!
Astro-deeltjes e + g e + g Electro-Magnetisch p + p p+, p‒, p0 p± m±,nm ,ne Hadronisch p g g p n ? g deeltjes identificatie!

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

51 Neutrino detectie ~100 m ~ km
golffront neutrino muon 1 2 3 4 5 ~100 m interactie ~ km muon reist met de lichtsnelheid (300,000 km/s) detectie Cherenkov licht ns – km

52 Neutrino richting Neutrino telescoop! muon strooihoek [graden]
101 102 103 104 105 neutrino energie [GeV] Neutrino telescoop!

53 Werkzame doorsnede “Size matters” Vrije weglengte:
10-33 10-34 werkzame doorsnede [cm2] 10-35 10-36 102 103 104 105 106 107 neutrino energie [GeV] “Size matters”

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

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

56 prototype neutrino telescoop
Antares prototype neutrino telescoop

57 Antares 200 personen 6 landen 40 km uit de kust bij Toulon, Frankrijk
gereed 2008 12 lijnen 2.5 km 500 m 250 Atm. 200x200 m2 25 verdiepingen / lijn

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

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

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

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

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

63 KM3NeT KM3 Neutrino Telescoop

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

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

66 Prototype (I) April Toulon, France

67 PMT oriëntatie [graden]
Prototype (I) 50 Atmosferische muonen K40 toevallige coïncidenties + data Atmosferische muonen + data (M ≥ 7) schaduw 40 30 Telsnelheid [Hz] Telsnelheid [a.u.] 20 10 Multipliciteit PMT oriëntatie [graden]

68 Neutrino astronomie Hoek resolutie Effectief oppervlak
En [GeV] kans Hoek [graden] oppervlak [m2] Effectief oppervlak Hoek resolutie muon neutrino RXJ 1713 Vela X Terugvinden van kosmische stralen KM3NeT kan ontdekking doen binnen 5 jaar 3

69 Nieuws aantal (988 dagen) Energie [TeV]

70 Neutrino–astronomie is binnen handbereik (met KM3NeT)!
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)!

71 Neutrinos, they are very small
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


Download ppt "Neutrino’s and astronomie"

Verwante presentaties


Ads door Google