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20.01.10 · 12:35 Uhr

Die neue Generation Experimente zum Doppelten Betazerfall (II)

Kategorie: Naturwissenschaften

Im ersten Teil hatten wir gesehen, dass man durch die Suche nach einem doppelten Betazerfall über die Eigenschaft der Neutrinos befinden kann, nämlich ob sie ihre eigenen Antiteilchen sind. In aktuellen Physics Today stellt ein Artikel die kommenden Experimente dazu vor.

Die Entwicklung der Experimente geht hin zu immer größeren Detektoren mit sensibleren Messmethoden. Wann man Erfolg haben wird, hängt auch von der Masse des Neutrinos ab. Im Bereich um 1 eV kann die kommende Generation von Detektoren Erfolg haben, aber liegt die Masse darunter wird man auf die übernächsten Detektoren warten müssen (die aber natürlich auch in Planung sind, oft als Erweiterung bestehender Experimente).
Und wie wir es schon kennen aus der Suche nach Neutrinos und WIMPs: Man muss vor allem den Hintergrund herausfiltern, daher befinden sich die Experimente meist so tief wie man kommen kann, z.B. in der Homestake-Mine in South Dakota.

Hier befindet sich das Experiment Majorana das nicht nur sehr tief unter der Erde sitzt, sondern auch u.a. mit ultrareinem Kupfer ummantelt ist, um zu verhindern dass radioaktive Zerfälle aus der Ummantelung selbst zu sehr stören.
Alle Experimente zum doppelten Beta-Zerfall brauchen natürlich einen Kern, also ein Element das so einen Zerfall auch machen kann. Die sechs verschiedenen Experimente, die zwischen 2010 und 2013 an den Start gehen werden, setzen hier auf 6 verschiedene Elemente. Nur eines kann den Kern austauschen, und das ist SuperNEMO im Frejus Underground Laboratory in Frankreich. Elemente die verwendet werden sind z.B. ⁷⁶Ge oder ¹⁵⁰Nd.

Weitere Experimente sind SNO+ als Erweiterung des berühmten Sonnenneutrino-Observatoriums SNO, CUORE und GERDA im Gran Sasso Laboratory
sowie EXO-200, von dem ich bereits einmal erzählt habe.

Die Detektoren unterscheiden sich natürlich im Design. Man kann sich verschiedene Ansätze ausdenken, Probleme zu lösen und so ist es gut, dass die verschiedenen Experimente das verschieden angehen. So hat mehr Chancen auf eine Detektion, und vor allem bei Erfolg unabhängige Bestätigungen durch andere Experimente mit anderem Aufbau. Das schafft mehr Vertrauen in die Ergebnisse, abgesehen davon dass wir einem Ergebnis sowieso erst vertrauen dürfen, wenn es mehrfach unabhängig bestätigt wurde.
Es wurde ja angeblich schon einmal ein doppelter Beta-Zerfall von der Heidelberg-Moskau-Kollaboration gemessen, aber der Ergebnisse sind umstritten. Vielleicht schafft es die neue Generation Licht ins Dunkel zu bringen.

GERDA beispielsweise setzt auf eine andere Art der Ummantelung. Keine dicken Metallschilde, sondern flüssiges Argon. Der Clou: Auch die Ummantelung wird durch Detektoren beobachtet. So ein aktiver Schild kann dann Daten über Hintergrundereignisse liefern - denn man stellt fest ob etwas von draußen hereinkam.

SNO+, Bildquelle

Die Detektionsmethoden sind auch ganz unterschiedlich. SNO+ (Bild oben) verwendet den Detektor von SNO. Er wird mit einer Flüssigkeit gefüllt, in der beobachtbare Lichtblitze erzeugt werden, wenn dort die Elektronen herumfliegen. Aus der Intensität der Lichtblitze kann man dann die Energie der Elektronen bestimmen - und ein doppelter neutrinoloser Betazerfall liegt vor wenn beide Elektronen die maximal verfügbare Energie aufteilen, weil kein Neutrino Energie aus dem Zerfall nach außen wegtragen kann. Die Atome, die den Zerfall machen, werden direkt in diese Flüssigkeit aufgelöst und etwa 0,1% der 800 Tonnen Detektorflüssigkeit ausmachen. Der Detektor schwimmt in einem Schild aus normalen Wasser, wie man in der Zeichnung sieht.

GERDA und Majorana setzen beide auf ⁷⁶Ge als zerfallendes Atom, und auf 20-30 kg davon. Die Detektion wird über Ionisation geschehen, denn da man ja Germanium nimmt kann man es gleich als Halbleiter-Detektor einsetzen.

Als erste Experimente werden dieses Jahr EXO-200 und GERDA I starten, also mal schauen was rauskommt.

 

Autor: Jörg· 0 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: betastrahlung· cuore· detektoren· doppelter betazerfall· elektronen· exo· experiment· gerda· gran sasso· homestake· lsm· majorana· neutrinos· sno· supernemo· teilchenphysik