2 Het ongrijpbare neutrino Piet Mulders Vrije Universiteit Amsterdam

3 Waar gaat het over Neutrino’s, quantummechanica en relativiteitstheorie Wat zijn neutrino’s? Waar vinden we neutrino’s? Hoe vangen we neutrino’s? Neutrino puzzels Hoe zwaar zijn neutrino’s?

Wat is een neutrino?

5 Materie

6

7 Het periodiek systeem

8 Materie

9

10 Atoomkernen Isotopen Radioactiviteit alpha beta gamma Na 15 min.

11 Subatomaire deeltjes

12 Materie

13 Bouwstenen van de subatomaire deeltjes

14 Wat is zo bijzonder?  Geen spiegelbeeld (alleen linkshandig)  Geen wisselwerking (vliegt overal dwars doorheen)

Waar komen neutrino’s vandaan?

16 Waar komen neutrino’s vandaan? Zwak verval van atoomkernen (Zon/kernreactoren): …n…  …p… + e  + e (rechtshandig antineutrino) …p…  …n… + e  + e (linkshandig neutrino) Kosmische straling (verval van pion)      +  (rechtshandig antineutrino)      +  (linkshandig neutrino) Overgebleven na de oerknal net als fotonen (achtergrondstraling T = 3 K), van alle neutrino’s ( e,  en  ) zo’n 500 per cm 3

Hoe weten we dat allemaal?

Gebroken spiegel- symmetrie

19 De grootste microscoop ter wereld: CERN

20 Antideeltjes

21 Standaard model nu 3 deeltjesfamilies

Wat zijn de krachten tussen de deeltjes?

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

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

25 Standaard model 3 deeltjesfamilies 4 fundamentele krachten Bijbehorende krachtdeeltjes

26 Standaard model 3 deeltjesfamilies 4 fundamentele krachten Bijbehorende krachtdeeltjes Glimp van ‘Higgs deeltje’? … en nog heel veel vragen! Zwarte gaten ?? Ruimte en tijd ? Punten ? Snaren ? Chaos ? Faseovergangen ? Complexiteit Waarom 3 Families ?? Neutrino’s Massa ?

Neutrino puzzels

28 Vragen rond neutrino’s Hoe zwaar zijn neutrino’s ? Waar blijven de neutrino’s van de Zon ? (J. Bahcall)

Hoe detecteren we Neutrinos?

30 Neutrino detectors Sudbury Neutrino Observatory (SNO)

31 Neutrino detectors Super Kamiokande

32 Super Kamiokande

33 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 neutrinos  en  leidt dit tot oscillaties

34 Neutrino oscillaties in atmosfeer Superkamiokande heeft oscillaties aangetoond samen- hangend met afstand L tot detector Oscillatie-golflengte is duizenden kilometers  massa kleiner dan van die van het elektron Het lijkt hier te gaan om   

35 Mijn eerste reactie: Interview in Aik door Wilm Geurts en Joost van Mameren

36 Wat zijn consequenties Deeltjes met massa komen in zowel rechtshandige als linkshandige variant! Dat kan alleen als een neutrino zijn eigen antideeltje is (net als foton, maar anders dan elektron)

37 Neutrino oscillaties in de zon Oscillaties veroorzaakt doordat e anders wisselwerkt met materie dan  SNO heeft laten zien dat wat er tekort is aan e verschijnt als een andere soort Waarschijnlijk oscillaties van het type e  

38 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 eerder aan!

39 Hoe kan dat gebeuren? Deeltjes met massa bewegen inderdaad langzamer dan de lichtsnelheid! Maar met neutrino-massa’s die meer dan een miljoen maal kleiner zijn dan de elektron-massa, is het verschil heel klein: v/c = 1 – , d.w.z. 10 m op 1 lj oftewel een tijdsverschil van zo’n 30 ns. Verder is de lichtsnelheid in materie kleiner dan die in vacuum Het blijkt dat licht zelfs in het ijle heelal meer afgeremd wordt dan dat neutrinos minder snel gaan dan de lichtsnelheid!

Neutrino’s vangen in de toekomst

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

42 Simulatie 1 ANTARES

43 simulatie 2 AMANDA (South Pole)

Mogelijk zullen neutrino’s de ultieme boodschappers uit het heelal blijken te zijn!

EINDE