27.01.2011

Neuer Neutrino-Detektor in Frankreich

Double-Chooz soll grundlegende Eigenschaften von Neutrinos messen.

Double-Chooz soll grundlegende Eigenschaften von Neutrinos messen.

Der kürzlich fertig gestellte Neutrino-Detektor der Double-Chooz-Kollaboration beobachtet Antineutrinos aus dem Kernkraftwerk Chooz in den Ardennen, die aufgrund der sog. Neutrino-Oszillation während des Fluges entstehen können. Dieser Effekt bedeutet, dass Neutrinos im Widerspruch zum Standardmodell der Teilchenphysik eine – wenn auch geringe – Masse haben.

Um die Oszillationen zu beschreiben, verwenden Teilchenphysiker drei "Mischungswinkel". Zwei davon sind groß und wurden bereits gemessen. Für den dritten, wesentlich kleineren Parameter, „theta13“, hat das Vorgängerexperiment in Chooz eine obere Grenze gefunden. Der neue Double-Chooz-Detektor ist das erste einer neuen Generation von Reaktorneutrino-Experimenten mit dem Ziel, diesen fundamentalen Parameter der Neutrinophysik zu bestimmen.

Abb.: Überblick über das Double-Chooz-Experiment mit den beiden Detektoren am Kernkraftwerk (Bildquelle: Double-Chooz-Kollaboration)

Double Chooz besteht aus zwei identischen Detektoren. Der erste, etwa einen Kilometer von den Kernreaktoren entfernte, wurde nun mit Messflüssigkeit gefüllt und beginnt mit der Datennahme. Die Wissenschaftler vergleichen die gemessene Zahl von Neutrinos mit dem erwarteten Neutrinofluss von den Reaktoren, was den Wert von theta13 deutlich verbessert. 2012 soll auch der zweite Detektor, der nur 400 Meter von den Reaktoren entfernt ist, in Betrieb gehen. Bis dorthin haben die Neutrinos noch kaum Gelegenheit, sich in eine andere Sorte umzuwandeln. Ein direkter Vergleich der Daten beider Detektoren ermöglicht dann eine noch genauere Bestimmung von theta13.

Beide Detektoren nutzen organische Flüssigkeiten als Szintillatoren, an deren Entwicklung Forscher vom Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPI-K) beteiligt waren. Zur Abschirmung ist die Nachweisflüssigkeit von drei Schichten anderer Flüssigkeiten in Acrylgefäßen umgeben. Der Szintillator im zehn Kubikmeter großen Zentrum des Detektors enthält Gadolinium. Es dient dazu, die Neutronen einzufangen, die aufgrund der Wechselwirkung der Antineutrinos aus den Reaktoren mit Wasserstoffkernen entstehen. Die dabei entsendeten Lichtblitze treten etwas später auf als diejenigen Blitze, die vom Zerstrahlen eines in derselben Reaktion entstandenen Positrons mit einem Elektron herrühren. 390 Photovervielfacher wandeln die Lichtblitze in elektronische Signale um. Die Dauer des Experiments ist auf fünf Jahre angesetzt.

Die Double-Chooz-Kollaboration besteht aus mehreren Universitäten und Forschungseinrichtungen in Brasilien, Deutschland, England, Frankreich, Japan, Russland, Spanien und den USA. In Deutschland sind das MPI-K in Heidelberg und die Universitäten Tübingen und Hamburg sowie die TU München und die RWTH Aachen beteiligt.

MPG/AH

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