Neutrinoobservatorium

Neutrinoobservatorien (auch als Neutrinoteleskope, Neutrinodetektoren oder – etwas zu allgemein – Neutrino-Experimente bezeichnet) sind Teilchendetektoren speziell für den Nachweis und die Messung von Neutrinos aus weit entfernten Quellen. Als weit entfernt werden hier 100 Meter oder mehr angesehen.

Weil Neutrinoreaktionen sehr kleine Wirkungsquerschnitte haben, reagieren Neutrinos mit normaler Materie nur sehr selten. Neutrinodetektoren müssen deshalb sehr groß sein und meist jahrelang Daten sammeln, um statistisch signifikante Messergebnisse zu erreichen.

An der Erdoberfläche werden die seltenen Neutrinoereignisse durch die viel häufigeren Signale von Myonen der sekundären kosmischen Strahlung verdeckt. Deshalb werden die Neutrinodetektoren in großen Meerestiefen, unter Bergen oder in nicht mehr genutzten Bergwerken errichtet.

Nach dem Entstehungsort der beobachteten Neutrinos kann unterschieden werden zwischen

  • kosmischen Neutrinos (Weltall)
  • solaren Neutrinos (Sonne)
  • atmosphärischen Neutrinos (Erdatmosphäre)
  • Geoneutrinos (Erdinneres)
  • Reaktorneutrinos (Kernreaktoren)
  • Neutrinos aus Beschleunigerexperimenten

Wichtige Neutrinoobservatorien

Einige wichtige Neutrinoobservatorien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Neutrino-Experimente
ObservatoriumSensitivitätDetektortypDetektormaterialReaktionstypReaktionSchwellenenergie
ANTARES,
Mittelmeer, Frankreich
kosmische TscherenkowH2O
geladener Strom
+ N → + X
+ N → + + X
Myonen
> 10 GeV[1]
Borexino,
Gran Sasso, Italien
niederenergetische solare SzintillatorH2O
C6H3(CH3)3
C15H11NO
elastische Streuung
+ e + e250–665 keV[2]
CLEANniederenergetische solare ,
sowie aus Supernovae und Pulsaren
Szintillatorflüssiges Neon
elastische Streuung
+ e + e
+ 20Ne → + 20Ne
?[3]
Daya Bay,
Daya Bay, China
ReaktorneutrinosSzintillatororganischer
Gd-Komplex
geladener Strom
(inverser Betazerfall)
+ p+→n + e+1,8 MeV[4]
Double Chooz, ChoozReaktorneutrinosSzintillatororganischer
Gd-Komplex
geladener Strom
(inverser Betazerfall)
+ p+→n + e+1,8 MeV[5]
FASER, LHC, Genf, SchweizLHC Neutrinos: , , Emulsion und ElektronischWolfram
geladener und neutraler Strom
+ N → + X> 10 GeV[6]
GALLEX,
Gran Sasso, Italien
solare radiochemischGaCl3 (30 t Ga)
geladener Strom
+71Ga → 71Ge+e233,2 keV[7]
GNO,
Gran Sasso, Italien
niederenergetische solare radiochemischGaCl3 (30 t Ga)
geladener Strom
+71Ga → 71Ge+e233,2 keV[8]
HERONhauptsächlich niederenergetische
solare
Szintillatorsuperfluides Helium
neutraler Strom
+ e + e1 MeV[9]
Homestake–Chlorine,
Homestake-Mine, USA
solare radiochemischC2Cl4 (615 t)
geladener Strom
37Cl+37Ar*+e
37Ar*37Cl + e+ +
814 keV[10]
Homestake–Iodine,
Homestake-Mine, USA
solare radiochemischNaI
elastische Streuung,
geladener Strom
+ e + e
+ 127I → 127Xe + e
789 keV[11]
ICARUS,
Gran Sasso, Italien
solare und atmosphärische
Neutrinos, sowie , , von CERN
Tscherenkowflüssiges Argon
elastische Streuung
+ e + e5,9 MeV[12]
IceCube,
Südpol
atmosphärische und kosmische
, , , eventuell weitere
Tscherenkow1 km³ H2O (Eis)
geladener Strom
+ N → x + X
hauptsächlich Myonen
> 200 GeV; ≈ 10 GeV mit
DeepCore-Erweiterung
[13]
INO,
Ino Peak, Indien
atmosphärische NeutrinosWiderstands-
plattenkammer
Glas
elastische Streuung,
geladener Strom
+ e + e
+ no → e + p+
+ p+ → e+ + no
?[14]
Kamiokande,
Kamioka, Japan
solare und atmosphärische Tscherenkow3.000 t H2O
elastische Streuung
+ e + e7,5 MeV[15]
KamLAND,
Kamioka, Japan
Reaktorneutrinos, Geoneutrinos Szintillator1,8 MeV[16]
LENS,
Gran Sasso, Italien
niederenergetische solare SzintillatorIn(MVA)x
geladener Strom
+ 115In → 115Sn+e+2γ120 keV[17]
MOON,
Washington, USA
niederenergetische solare und
niederenergetische Supernova-
Szintillator100Mo (1 t) +
MoF6 (gasförmig)
geladener Strom
+100Mo → 100Tc+e168 keV[18]
OPERA,
Gran Sasso, Italien
, , von CERNHybrid2000 t Pb/Emulsion +
Myon-Spektrometer
geladener Strom
+ N → +X4,5 GeV[19]
RENO,
Yeonggwang, Südkorea
ReaktorneutrinosSzintillatororganischer
Gd-Komplex
geladener Strom
(inverser Betazerfall)
+ p+→n + e+1,8 MeV
RNO-G,
Summit Station, Grönland
hochenergetische kosmische NeutrinosRadiowellen-Antennengeladene Folgeteilchen aus inelastischem Stoss mit Atomen[20]
SAGE,
Baksan, Russland
niederenergetische solare radiochemischGaCl3
geladener Strom
+71Ga → 71Ge+e233,2 keV[21]
SNO,
Sudbury-Mine, Kanada
solare und atmosphärische , , Tscherenkow1000 t D2O
geladener Strom,
neutraler Strom,
elastische Streuung
+ 21D →p++p++e
+ 21D → +no+p+
+ e + e
6,75 MeV[22]
Super-Kamiokande,
Kamioka, Japan
solare und atmosphärische
, , sowie , , von KEK
Tscherenkow32.000 t H2O
elastische Streuung,
geladener Strom
+ e + e
+ no → e + p+
+ p+ → e+ + no
?[23]
UNO,
Henderson-Mine, USA
solare, atmosphärische
und Reaktorneutrinos
Tscherenkow440.000 t H2O
elastische Streuung
+ e + e?[24]