Wdh. Kaon-Physik letzte Vorlesung:

2 Sorten von CP-Verletzung (KL → 2π)

Indirekt (∆S=2) Direkt (∆S=2)

CP - Verletzung im direkten Zerfallder neutralen Kaonen in 2 Pionen, parametrisiert durch Parameter ε’

{Streuung

derPhase

iI

iI

I

I

eAKA

eAKA

−

⋅=→

⋅=→

ππ

δ

δ

π

π*0

0

)2(

)2(

Übergänge 2.Ordnung in der schwachen WW zwischen K0

und K0, parametrisiert durchParameter ε

00 )1()1( KKKS ⋅++⋅+∝ εε00 )1()1( KKKL ⋅+−⋅+∝ εε

)()( 0000 KKAKKA →≠→

Bedingung für CP-Verletzung:

Effekt. Hamiltonian für Mischung,Bed. CP-Verletzung: arg(M12/Γ12) ≠0

*II AA ≠

Aber Phasenfreiheit, exakte Formulierung:arg (A0 / A2) ≠ 0

Bed. CP-Verletzung:

'2)()(

')()(

00

00

00 εεππππη

εεππππη

−=→→

=

+=→→

= −+

−+

−+

S

L

S

L

KAKA

KAKA

Falls η+- nicht identisch mit η00 , so ist bewiesen, dass es einedirekte CP-Verletzung gibt und somit ist eine mögliche superschwacheWW als Erklärung für die CP-Verletzung ausgeschlossen.

Doppelverhältnis = )/'(61)(/)()(/)( 00002

00

εεππππππππ

ηη

ℜ−=→→→→

= −+−+−+

SL

SL

KNKNKNKN

Experimente: NA48 (CERN) Pure KL and KSKTeV (Fermilab) Regeneration KS from KL

KLOE/DAΦNE (Frascati) e+e- → φ → KS KLCPLEAR p p → K+π-K0 oder K-π+K0

} ε’ ≠ 0

1. Vorlesung Neutrino-Physik3. 12. 2003

Dr. Achim Denigachim.denig@iekp.fzk.de

Inhalt

1. Kurzer geschichlicher Überblick2. Allgemeines 3. Neutrino-Oszillationen4. Atmosphärische Neutrinos5. Sonnenneutrinos6. Sonstiges

1. Kurzer geschichlicher Überblick

1931 W.Pauli postuliert die Existenz von Neutrinos im β-Zerfall, da einkontinuierliches Energiespektrum der Elektronen gemessen wurde

1953-56 Entdeckung (Cowan&Reines)

1956 Helizität H(ν)=-1 und Helizität H(ν)=+1

1956 Majorana schlägt vor ν = ν , genannt Majorana-Neutrinobis heute noch nicht geklärt !

1962 Entdeckung des Myon-Neutrinos νµ

1968 Erste Messung der Sonnen-Neutrinos, nur ca. 50% der erwartetenIntensität (Davis et.al., Homestake-Mine)

1972 Entdeckung der neutralen Ströme (CERN)

nepe+→ν

XNundee µµµµ νννν →→ −−

XeXN −− →→ µν µ

1975 Insdirekte Entdeckung des Tau-Neutrinos ντ

1990 Anzahl leichter Neutrinos Nν = 3 aus Messung der leptonischenZerfallsbreite des Z0 am LEP (CERN)ΓZ = Γhadr + Γl+l- + Nν • Γνν

1998 Super-Kamiokande (Japan) beweist mν≠0 aus Messung der atmosphärischen Neutrino-Flüsse; Neutrino-Oszillationen⇒ diese Vorlesung

2000 Donut (Fermilab) Dirkter Nachweis des Tau-Neutrinos ντ

2001 SNO (Kanada) löst Sonnen-Neutrino-Problem Neutrino-Oszillationen⇒ nächste Vorlesung

XN −→τντ

Zukunft: Long-Baseline-Experimente in Japan, USA und EuropaReaktor-Neutrino-Experimente KAMLAND (Japan)

2. Allgemeines

Es existieren 3 Arten von Neutrinos ( “flavors” )Zusammen mit Elektron, Myon und Tau ⇒ 3 Lepton-FamilienSM: Übergänge innerhalb der Familien ⇒ Leptonzahlerhaltung

XeXN −− →→ µν µ

Im SM: Masse(ν) = 0aber: keine Bedingung aufgrund einer Eichinvarinz-Forderungwie im Falle des Photons

Masse (ν) ≈ 1…10MeV ⇒ Kandidaten für Dunkle Materie

Haben Neutrinoseine Masse???

Neutrinomassen - Grenzen:

Wichtig!

Neutrino-Kopplungen im Standardmodell:

Keine weitere Kopplungen im Standardmodell, d.h. Neutrinos sinddie einzigen Fermionen im Standardmodell, die NUR AN DERSCHWACHEN WECHSELWIRKUNG teilnehmen⇒ Extrem kleine Wirkungsquerschnitte, z.b. σ ≈ 10-38 cm-2 @ 1GeV

Erzeugung von Neutrinos:

• Sonne - 85% aus Kernfusionsreaktion pp H2e+νe- insgesamt 2·1038 Neutrinos pro Sekunde- auf der Erde kommen 40 ·109 Neutrinos pro cm2 pro Sekunde an- Energien bis 20MeV

• Kosmische StrahlungProtonen ww. mit Materie Pionen Myonen Elektronen

• Teilchenbeschleuniger- Ladungsseparation Pionen möglich- Energien bis O (100GeV)

• Kernreaktoren- Neutronen-Zerfall, man erreicht ca. 5 ·1020 Neutrinos pro Sekunde - Energien ca. 4 MeV

• Sonstiges- Natürliche Radioaktivität- Kosmische “Beschleuniger” (z.B. Supernovae)- Kosmische Neutrino Hintergrundstrahlung ( Ausfrieren aus thermodyn. Gleichgewicht,

T ≈1.9K, 330/cm3)

Bild

Übung:

An einem Teilchenbeschleuniger werden Protonen auf ein Targetgeschossen und es entstehen positiv und negativ geladene Pionen.Mit Hilfe eines Magnetfeldes werden die positiven Pionen heraus=separiert und diese zerfallen nach und nach in positive Myonen und Positronen plus den zugehörigen Neutrinos.Welche Neutrino-Arten werden somit erzeugt?

µνµπ ++ →Antwort:

µννµ ee++ →

L(νµ) = 0 = +1 -1

L(νµ) = +1 = 0 + 0 + 1

!, erzeugtundwerdenEs e µµ ννν