De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Het (on)grijpbare neutrino Piet Mulders NVWS, 2012 (Den Bosch/Venlo)

Verwante presentaties


Presentatie over: "Het (on)grijpbare neutrino Piet Mulders NVWS, 2012 (Den Bosch/Venlo)"— Transcript van de presentatie:

1 Het (on)grijpbare neutrino Piet Mulders NVWS, 2012 (Den Bosch/Venlo)

2 Inhoud Hoe past het neutrino tussen elementaire deeltjes? Experimenteren, materie en antimaterie Wat voelt een neutrino? Het spiegelbeeld van een neutrino Het (on)grijpbare neutrino Neutrinos vangen

3 Quiz Hoeveel seconden heeft 1 jaar? 3 x 10 7 s Wat is de snelheid van het licht? km/s = 3 x 10 8 m/s (dus 1 lichtjaar ~ m) Hoe groot is het heelal? 15 miljard lichtjaar ~ 1,5 x m 1 miljard = = duizendste = = 10 -3

4 Quiz Hoeveel moleculen H 2 0 zitten er in een borrel? N avogadro ~ 6 x Hoe leeg is het heelal? minder dan 1 atoom/m 3 (in schijf van melkweg 5/cm 3 ) Hoeveel atomen bevat het heelal? ca atomen 1 miljard = = duizendste = = P.J. Mulders home

5 Hoe zit de wereld in elkaar? P.J. Mulders home Theorie Experiment Toepassing

6 Materie MATERIE

7 Materie MATERIE ELEKTRON ATOOM m 0, m

8 Het periodiek systeem

9 Materie MATERIE ELEKTRON ATOOM m MATERIE ELEKTRON ATOOM m ATOOMKERN m NEUTRINO ATOOM m ELEKTRON MATERIE ATOOMKERN m NEUTRINO NUCLEON proton/neutron m 0, m

10 Bouwstenen van de subatomaire wereld

11 Atoomkernen Eiland van stabiliteit

12 Atoomkernen Isotopen Radioactiviteit alpha beta gamma Na 15 min. Enrico Fermi

13 Sterren als de zon halen energie uit kernfusie: 4 H  He + 2 e energie Per seconde zet de zon kg waterstof om in helium De massa van de zon neemt per seconde af met kg! Hans Bethe

14 Neutrino ’ s Leon Lederman

15 Materie ELEKTRON MATERIE ATOOM m ATOOMKERN m NEUTRINO NUCLEON proton/neutron m ELEKTRON MATERIE ATOOM m ATOOMKERN m NEUTRINO NUCLEON proton/neutron m QUARK up/down < 0, m

16 Bouwstenen van materie d uu proton d ud neutron nucleonen home Massa komt voor circa 98% uit energie ten gevolge van opsluiting!

17 Hoe weten we dat allemaal? P.J. Mulders home

18 Gebruik de grootste microscoop op aarde

19 ATLAS CMS LHCb Detectors at CERN

20 Antideeltjes

21 Standaard model 3 deeltjesfamilies

22 Wat voelt een neutrino? Krachten in materie P.J. Mulders home

23 Krachten in het dagelijks leven Elektromagnetisme Zwaartekracht Twee van de vier basiskrachten Beide gebaseerd op fundamentele principes home

24 Standaard model 3 deeltjesfamilies 4 fundamentele krachten sterke kracht quark  nucleon  atoomkern elektromagnetische kracht atoom  molecuul  complexiteit zwakke kracht verval + productie neutrinos zwaartekracht UNIFICATIE

25 Standaard model 3 deeltjesfamilies 4 fundamentele krachten Bijbehorende krachtdeeltjes Hoeveel families zijn er? botsingswaarschijnlijkheid energie (GeV) home + HIGGS VELD (en deeltje)

26 Hoe werken krachtdeeltjes P.J. Mulders home

27 Krachtdeeltjes van zwakke kracht Krachtdeeltjes: brengen krachten over creëren een paar (deeltje-antideeltje) annihileren een paar

28 Bijvoorbeeld: verval van neutron Neutron beta-verval Op niveau van quarks n  p + e  + e d  u + e  + e

29 zwakke kracht elektromagne- tische kracht Sterkte van krachten G F ~  /M W 2 sterke kracht

30 Het spiegelbeeld van een neutrino SYMMETRIE P.J. Mulders home

31 Spiegelsymmetrie Gespiegelde wereld? Bijvoorbeeld: Tol Gespiegelde wereld bestaat ook Conclusie: onze alledaagse wereld is spiegelsymmetrisch!

32 Spiegelsymmetrie Voor een magneet in de spiegelwereld zijn N-pool en Z-pool verwisseld We kunnen dit begrijpen wanneer we realiseren dat een magneet is opgebouwd uit ronddraaiende ladingen van de elektronen in de atomen! (richting van magneetveld via de kurketrekkerregel)

33 Gebroken spiegelsymmetrie pion vervalt in spinnende deeltjes Voor neutrino maar een spinrichting! Maar hoe kunnen we dat meten? spin + lading  magneet Alleen   bij N-pool van magneet! linkshandig voor neutrino ’ s bestaat wel L en geen R spiegelbeelden rechtshandig

34 CP symmetrie Spiegelsymmetrie (P) is gebroken in de wereld van de deeltjes Deeltje-antideeltje symmetrie (C) idem Maar … de combinatie is wel een symmetrie We kunnen nog een stapje verder gaan: CPT-symmetrie bijna ___ K 0 = ds, K 0 = sd zijn net niet even zwaar en vervallen anders

35 CPT symmetrie (even tussendoor)

36 Tijdsomkeer CPT is (zover we nu weten!) wel een goede symmetrie van de wereld CP is bijna goede symmetrie Dus ook tijdsomkeer is bijna goede symmetrie, maar niet helemaal! Daarmee kunnen we in principe het overschot aan materie in het heelal begrijpen (en dat is maar heel klein, 1 : 10 9 ) Aantal baryonen  (ca 0,25 per m 3 ) Maar het aantal fotonen/neutrino ’ s  (ca 500/300 per cm 3 )

37 Het (on)grijpbare neutrino P.J. Mulders home

38 Waar komen neutrino’s vandaan? Zwak verval van atoomkernen (Zon/kernreactoren): …n…  …p… + e  + e (rechtshandig) …p…  …n… + e + + e (linkshandig) Kosmische straling (pion verval)      +  (rechtshandig)  +   + +  (linkshandig) Overgebleven na de oerknal net als fotonen (achtergrondstraling T = 3 K), van alle neutrino soorten zo ’ n 300 per cm 3

39 Recentelijk beantwoorde vragen Hoe zwaar zijn neutrino ’ s ? Waar blijven de neutrino ’ s van de Zon? Helft was zoek! Neutrino energie in MeV Bahcall-Serenelli 2005 Neutrino flux in aantal/cm 2 s ChlorineGalliumSuperK & SNO Ray Davis & John Bahcall

40 Hoe detecteren we Neutrinos?

41 Detectie via cherenkov licht uitgezonden door deeltjes die “ sneller ” dan het licht bewegen (bron: antares experiment) Neutrino detectie technieken

42 Neutrino detectors Super Kamiokande Masatoshi koshiba Ray Davis Jr

43 Super Kamiokande 4p  4 He+2e + +2 e +25MeV

44 Neutrino oscillaties in atmosfeer Superkamiokande heeft aangetoond dat neutrinos van de ene in een andere soort veranderen (oscillaties) Oscillatie-golflengte is duizenden kilometers  massa ’ s kleiner dan van die van het elektron Het blijkt hier te gaan om overgangen   

45 Neutrino oscillaties in atmosfeer Neutrino ’ s worden in atmosfeer gecreeerd in verval van pionen. Dit zijn  neutrino ’ s Als het  neutrino een quantummechanische superpositie is van neutrino’s 1 en 2 leidt dit tot oscillaties Maar alleen als neutrinos massa hebben (m 1  m 2 ) Consequenties?

46 Dirac and Majorana neutrinos Dirac neutrino P = spiegelen C = deeltje-antideeltje T = tijdomkeer Paul Dirac

47 Dirac and Majorana neutrinos Dirac neutrino Dirac deeltjes met massa komen altijd in rechts- en linkshandige variant Oplossing 1: Dit kan alleen als neutrinos geen massa hebben!

48 Dirac and Majorana neutrinos Dirac neutrino Oplossing 2: de omcirkelde neutrinos voelen niets steriele neutrinos!

49 Dirac and Majorana neutrinos Majorana neutrino Ettore Majorana Oplossing 3: neutrino is zijn eigen antideeltje!

50 Neutrino oscillaties in de zon Oscillaties veroorzaakt doordat e anders wisselwerkt met materie dan  en   e ‘ voelt ’ elektronen en neutronen anders SNO heeft laten zien dat wat er tekort is aan e verschijnt als een andere soort Oscillaties van het type e  combinatie van  en  Sudbury Neutrino Observatory (SNO)

51 Menging van 3 neutrino’s Massa’s:

52 Neutrinos afkomstig van Aarde

53 Waarom zo moeilijk doen? Kijk gewoon naar een supernova die zowel fotonen als neutrinos maakt en kijk welke het eerste aankomen. Deeltjes met massa bewegen langzamer dan de lichtsnelheid! Surprise! De neutrino ’ s van SN 87A kwamen net zo snel of zelfs eerder aan! Of maak een heleboel neutrino’s en stuur ze van CERN naar de Gran Sasso detector in Italie (OPERA). Surprise! Superluminal neutrinos! Kan ‘natuurlijk’ niet!

54 Wat is hier aan de hand? Deeltjes met massa bewegen inderdaad langzamer dan de lichtsnelheid! Maar ook de lichtsnelheid is in materie kleiner dan die in vacuum, zelfs in het ijle heelal! En hoe precies weet je de begintijd? Met neutrino-massa ’ s die meer dan een miljoen maal kleiner zijn dan de elektron-massa, zijn de verschillen heel klein: v/c = 1–10 -15, d.w.z. minder dan 10 m op 1 lj. En voor OPERA komt v/c = 1– neer op 1 nm op 1000 km.

55 home P.J. Mulders Neutrinos uit de kosmos

56

57 Een laboratorium onder water Doel is een volume ter grootte van een km 3 ANTARES (middellandse zee) KM3NET

58 Principe ANTARES Controlekamer Antares

59 Simulatie 1 ANTARES

60 simulatie 2 AMANDA (South Pole)

61 Neutrinos zouden best wel eens belangrijke boodschappers uit het heelal kunnen blijken

62 EINDE home

63


Download ppt "Het (on)grijpbare neutrino Piet Mulders NVWS, 2012 (Den Bosch/Venlo)"

Verwante presentaties


Ads door Google