?Schwere Neutrinos?

Bei einem Vortrag habe ich den Begriff ‚schwere Neutrinos‘ aufgeschnappt. Diese theoretischen Teilchen sollen angeblich eine Masse von einem !Atomkern! haben. Als Physikdilettant habe ich noch im Kopf, daß Neutrinos z. B. bei der Kernfusion entsteht, wo aus einem Proton ein Neutron und ein Antielekton entstehen. Dieses Antielektron reagiert mit einem Elektron und dadurch wird deren Masse (fast?) vollständig in Energie umgewandelt.

Stimmt das bis jetzt?

Irgendwann entsteht aus einem Ungleichgewicht das Neutrino. Ohne Ladung usw. und vielleicht auch ohne Masse. Das habe ich nicht ganz verstanden, aber ich bin ja nur der Physikdilettant. Jetzt könnte es auch schwere Neutrinos geben. Wie könnten sie entstanden sein? Wie wahrscheinlich sind sie überhaupt? Oder wurden sie nur erfunden, um fehlende dunkle Materie zu erklären?

Servus
Euer Physikdilettant

Hallo Herbert

Bei einem Vortrag habe ich den Begriff
‚schwere Neutrinos‘ aufgeschnappt. Diese
theoretischen Teilchen sollen angeblich
eine Masse von einem !Atomkern! haben.

siehe unten

Als Physikdilettant habe ich noch im
Kopf, daß Neutrinos z. B. bei der
Kernfusion entsteht, wo aus einem Proton
ein Neutron und ein Antielekton
entstehen.

Genauer: es entsteht ein Neutron, ein Antielektron und ein Elektronneutrino. Hintergrund ist die Erhaltung einer Größe, die sich „Elektronenzahl“ schimpft, d.h. das Elektron trägt sein ganz persönliches Kennzeichen, das vorher nicht da war (das Proton hat dieses Kennzeichen nicht). Damit die Gesamtsumme im Ergebnis wieder 0 ist, entsteht neben dem Antielektron ein Elektronneutrino.

Dieses Antielektron reagiert
mit einem Elektron und dadurch wird deren
Masse (fast?) vollständig in Energie
umgewandelt.

Jau

Jetzt
könnte es auch schwere Neutrinos geben.
Wie könnten sie entstanden sein? Wie
wahrscheinlich sind sie überhaupt? Oder
wurden sie nur erfunden, um fehlende
dunkle Materie zu erklären?

Nun, die schweren Neutrinos existieren bis jetzt nur in den Köpfen einiger Theoretiker. Über die Details bin ich auch nicht informiert, aber es hängt alles mit den Versuchen zusammen, eine grosse vereinheitlichte Theorie - also einschliesslich der Gravitation - zu basteln. Die meisten Theoretiker benutzen dafür eine Superstringtheorie, in deren Gefolge es zu einer ganzen Inflation neuer und exotischer Teilchen kommt.

Es genügt vielleicht zu betonen, daß es bis heute nicht einen einzigen experimentellen Hinweis für die Richtigkeit der Superstringtheorie gibt - insbesondere nicht für deren Grundannahmen - daß die Theoretiker aber seit etwa 30 Jahren behaupten, ein grosser Durchbruch stünde ganz dicht bevor.

Gruß
Thomas

Bei einem Vortrag habe ich den Begriff
‚schwere Neutrinos‘ aufgeschnappt. Diese
theoretischen Teilchen sollen angeblich
eine Masse von einem !Atomkern! haben.

davon hab ich noch nichts gehoert. aber es soll in den koepfen der theoretiker ja die unterschiedlichsten theorien geben.

Ich hab aber trotzdem mal geschaut:
du erinnerst dich richtig, bei einem beta zerfall entstehen aus einem neutron ein proton, ein elektron und ein elektronantineutrino. lass dich von dem anti nicht irritieren, vielleicht erinnerst du dich dass jedes teilchen ein antiteilchen hat. man koennte ein elektron auch antipositron nennen, beim betazerfall hat sich eben jemand in der benennung vertan :wink:
wichtig ist ELEKTRONantineutrino, es gibt naemlich drei arten von neutrinos (und die jeweiligen antiteilchen)
Es gibt drei Teilchen, die die Ladung eines Elektrons besitzen und sich auch ansonsten aehnlich wie ein elektron verhalten:
das elektron, das myon und das tauon. Alle besitzen nahezu keine Ausdehnung, und gehoeren in die Familie der Leptonen. und zu jedem der drei gibt es ein neutrino:
elektronneutrino, myonneutrino und tauonneutrino.
Das es genau diese drei verschiedene Neutrinoarten gibt, ist experimentell nachgewiesen (wie genau, ist eine sehr sehr lange geschichte). Ob sie eine Masse besitzen ist ungewiss, aber man kann obere Schranken angeben.
das elektronneutrino wiegt weniger als 7,2 * 10^-6 MeV/c^2
das muonneutrino weniger als 0,27 MeV/c^2
das tauneutrino weniger als 35 MeV/c^2.

Zum Vergleich: das elektron wiegt 0,511 MeV/c^2, ein proton 9,39 MeV/c^2

lass dich von diesen einheiten nicht irritieren, ich war nur zu faul, sie umzurechnen :smile:

so, jetzt zu den schweren Neutrinos. Bei dem Experiment, dass bewies, dass es nur drei Arten Neutrinos gibt,konnte nur bewiesen werden, dass es nur drei Arten leichte Neutrinos gibt, sehr schwere konnten da nicht beruecksichtigt werden.

Es waere also in der Theorie durchaus vorstellbar, noch ein sehr schweres Lepton (elektronartiges teilchen) zu postulieren, dass dann auch ein sehr sehr schweres Neutrino hat…wie man das aber experimentell nachweisen soll, ist mir schleierhaft.

Sogesehen, war meine Antwort nicht nur wirr, sondern auch unnoetig.
was ich aber auch noch schnell schreiben wollte, das war das, weshalb man ueberhaupt gemerkt hat, dass es die neutrinos gibt.
Beim zerfall eines neutrons findet man recht einfach das proton und das elektron. misst man jetzt deren energien, und vergleicht diese mit der Energie des Neutrons, so stellt man zu seinem Entsetzen fest, dass
E(neutron) > E(proton)+E(elektron)
die Energieerhaltung waere also verletzt. Deshalb postulierte Pauli kurzerhand das Neutrino,ein neutrales, sehr sehr schwer messbares Teilchen, das dann die restliche Energie mitnimmt. Diese Vorhersage von Pauli hat sich als wahr erwiesen. Sofern man bei einer Theorie von wahr sprechen kann. Sie erklaert die Messergebnisse, somit ist sie richtig. Ob sie wahr ist? Sehen kann man es nicht.

Danke!
Servus Michaela!

Zum Vergleich: das elektron wiegt 0,511
MeV/c^2, ein proton 9,39 MeV/c^2

lass dich von diesen einheiten nicht
irritieren, ich war nur zu faul, sie
umzurechnen :smile:

Macht nix, das schaff ich grad noch.

Sogesehen, war meine Antwort nicht nur
wirr, sondern auch unnoetig.

Aber überhaupt nicht. Naja, ich meine, verwirrt bin ich seitdem ich zum ersten Mal ein Physikbuch aufgeschlagen habe, oder vielleicht seit meiner Geburt? :smile:

also Danke, für Deine Mühe

Servus

Herbert

Danke
Servus Thomas

Genauer: es entsteht ein Neutron, ein
Antielektron und ein Elektronneutrino.
Hintergrund ist die Erhaltung einer
Größe, die sich „Elektronenzahl“
schimpft, d.h. das Elektron trägt sein
ganz persönliches Kennzeichen, das vorher
nicht da war (das Proton hat dieses
Kennzeichen nicht). Damit die Gesamtsumme
im Ergebnis wieder 0 ist, entsteht neben
dem Antielektron ein Elektronneutrino.

Aha wie hat man das festgestellt?

Nun, die schweren Neutrinos existieren
bis jetzt nur in den Köpfen einiger
Theoretiker. Über die Details bin ich
auch nicht informiert, aber es hängt
alles mit den Versuchen zusammen, eine
grosse vereinheitlichte Theorie - also
einschliesslich der Gravitation - zu
basteln. Die meisten Theoretiker benutzen
dafür eine Superstringtheorie, in deren
Gefolge es zu einer ganzen Inflation
neuer und exotischer Teilchen kommt.

Das hab ich mir beinahe gedacht. Der Vortrag handelte über dunkle Materie im Weltall. Irgendwie wollte der Vortrage Materie erklären die zwar da sein müßte, (Rotation von Galaxien und so) aber nicht entdeckt worden ist.

Danke für die Mühe
Servus
Herbert

Nachweis von Neutrinos
Hallo Herbert

Aha wie hat man das festgestellt?

Nun, das ist eine relativ berühmte Geschichte. Man konnte nämlich zunächst das Neutrino nicht messen und stellte fest, daß die Gesamtenergie der beiden gemessenen Reaktionspartner höchst unterschiedlich war, obwohl die Reaktion immer von demselben Ausgangspunkt ausging.

Es wurde daher vermutet, daß der Energiesatz verletzt ist. Das war aber dem berühmten Physiker Pauli nicht recht. Er postulierte also die Existenz eines hypothetischen Teilchens, das die verschwundene Restenergie aufnimmt.

Paulis Argumente waren so überzeugend, daß die Meisten an die Existenz der Neutrinos glaubten. Es dauerte danach noch etwa 20 Jahre bis zum experimentellen Nachweis. Über die Details der Versuchsanordnung müsste ich mich aber erst selbst schlau machen.

Das hab ich mir beinahe gedacht. Der
Vortrag handelte über dunkle Materie im
Weltall. Irgendwie wollte der Vortrage
Materie erklären die zwar da sein müßte,
(Rotation von Galaxien und so) aber nicht
entdeckt worden ist.

Ja, die Sache mit der dunklen Materie ist etwas mysteriös. Aus dem Bewegungsmuster der Galaxien ist klar, daß es so etwas geben sollte und es gibt auch Argumente dafür, daß nur ein Bruchteil der dunklen Materie (wieviel genau ist offen) aus normaler Materie bestehen sollte. Damit ist jeder Spekulation Tür und Tor geöffnet, da man außer der gravitativen Wirkung keine Eigenschaften der dunklen Materie kennt.

Es zeigt sich wieder einmal: ohne Experimente hat Physik nur den Status reiner Spekulationen analog zur Astrologie (und das sage ich als ehemaliger Theoretiker)

Gruß
Thomas

Hallo,
über die ganze Neutrinoentstehung etc. hast Du ja schon genug Antworten. Ich habe auch nicht viel Ahnung von Teilchenphysik, aber „schwere Neutrinos“ muss nicht heißen, dass sie eine Waage weiter runter drücken. :wink: In der Festkörperphysik gibt es sog. „schwere Fermion-Systeme“. Man kann ein Elektron im Festkörper über seine Wechselwirkung mit dem Gitter beschreiben. Da gibt es ganz spezielle Stoffe, die seltsame „Orbitalbindungen“ ausbilden. Um die zu beschreiben, kann man dem e einfach eine größere Masse zuordnen, was alle Beobachtungen hervorragend erfüllt. Vielleicht wurde so etwas auch in dem Vortrag, den Du gehört hast, gemacht.
Gruß, Tom

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Servus Thomas

Aha wie hat man das festgestellt?

Nun, das ist eine relativ berühmte
Geschichte. Man konnte nämlich zunächst
das Neutrino nicht messen und stellte
fest, daß die Gesamtenergie der beiden
gemessenen Reaktionspartner höchst
unterschiedlich war, obwohl die Reaktion
immer von demselben Ausgangspunkt
ausging.

Es wurde daher vermutet, daß der
Energiesatz verletzt ist. Das war aber
dem berühmten Physiker Pauli nicht recht.
Er postulierte also die Existenz eines
hypothetischen Teilchens, das die
verschwundene Restenergie aufnimmt.

Das ist interessant. Ich habe jetzt etwas mehr von Pauli gelesen.

Paulis Argumente waren so überzeugend,
daß die Meisten an die Existenz der
Neutrinos glaubten. Es dauerte danach
noch etwa 20 Jahre bis zum
experimentellen Nachweis. Über die
Details der Versuchsanordnung müsste ich
mich aber erst selbst schlau machen.

Das hab ich mir beinahe gedacht. Der
Vortrag handelte über dunkle Materie im
Weltall. Irgendwie wollte der Vortrage
Materie erklären die zwar da sein müßte,
(Rotation von Galaxien und so) aber nicht
entdeckt worden ist.

Ja, die Sache mit der dunklen Materie ist
etwas mysteriös. Aus dem Bewegungsmuster
der Galaxien ist klar, daß es so etwas
geben sollte und es gibt auch Argumente
dafür, daß nur ein Bruchteil der dunklen
Materie (wieviel genau ist offen) aus
normaler Materie bestehen sollte. Damit
ist jeder Spekulation Tür und Tor
geöffnet, da man außer der gravitativen
Wirkung keine Eigenschaften der dunklen
Materie kennt.

Warum kann das keine normale Materie sein? Ok, Staub ist unwahrscheinlich, da er sonst den Hintergrund verdunkeln würde. Aber sonstige kleine Objekte bis hin zu schwarzen Löchern? Und hätte man die schweren Neutrionos nicht auch bei uns feststellen müssen/können?

Es zeigt sich wieder einmal: ohne
Experimente hat Physik nur den Status
reiner Spekulationen analog zur
Astrologie (und das sage ich als
ehemaliger Theoretiker)

Hat mir auch schon ein anderer Physiker so erzählt.

Servus und Danke

Herbert

Hallo Herbert,

Bei einem Vortrag habe ich den Begriff
‚schwere Neutrinos‘ aufgeschnappt.

die anderen haben ja schon relativ viel über Neutrinos erzählt. Insofern brauche ich darauf nicht weiter eingehen. Zudem ich mir relativ sicher bin, daß in dem Vortrag kein „schwereres Neutrino“, sondern ein sogenanntes WIMP angesprochen wurde - deine Beschreibung deckt sich sehr gut mit einem Artikel aus den aktuellen „Physikalischen Blättern“ (Nr.4/2000, S. 17) (Physikerverband-Mitgliedszeitung; sollte in jeder Unibücherei zu finden sein) und einigen anderen Artikeln wie z.B. dieser Report bei einem amerikanischen Physikerverband: http://www.aip.org/enews/physnews/2000/split/pnu472-…

Worum geht es? Italienische Wissenschaftler betreiben im Grand Sasso-Massiv einen großen Neutrinodetektor, um nach solaren und interstellaren Neutrinos zu suchen. Eine dieser Detektoren sucht zusätzlich nach sogenannten WIMPs.
WIMPs sind hypothetische Teilchen, die wie Neutrinos nur der schwachen Wechselwirkung (und der Gravitation) unterliegen, aber viele Millionen bis Milliaren mal schwerer sind als Neutrinos. Insofern ist die Bezeichnung „schwere Neutrinos“ durchaus zutreffend. Mit der Existenz dieser Teilchen läßt sich das Rätsel der dunklen Materie im Weltraum sehr gut erklären.

Soweit, so gut. Nun haben eben diese Italiener Anfang des Jahres bekanntgegeben, daß sie in ihren Meßergebnissen gewisse jahreszeitliche Schwankungen feststellen können und sich diese Schwankungen nach sorgfältiger Analyse als Indiz für die Existenz dieser hypothetischen WIMP-Teilchen verstehen lassen. Eine genaue Analyse ergibt dabei eine Masse, die derjenigen eines Atomkerns mit der Massenzahl 60 (also 60 Protonen oder Neutronen) entspricht. Diese Ankündigung hat in Fachkreisen für helle Aufregung gesorgt und war sicher auch der Anlaß für den Vortrag, den du gehört hast (bzw. die Erwähnung im Vortrag).

Allerdings gibt es inzwischen auch kritische Stimmen z.B. von Kollegen aus den USA, die bestimmte Annahmen in der Analyse kritisch hinterfragen und die Ergebnisse für nicht aussagekräftig halten. Aber das zeigt vor allem, daß es sich hier um die vorderste Front der Forschung handelt. Die Daten sind sehr frisch und werden noch kontrovers diskutiert, was im Idealfall neue und bessere Experimente anregt.

OK, ich hoffe, daß ich nicht zu sehr ins Detail gegangen bin und dir weiterhelfen konnte.

Markus

Servus Markus

OK, ich hoffe, daß ich nicht zu sehr ins
Detail gegangen bin und dir weiterhelfen
konnte.

Nein, bist Du nicht, danke für die Mühe

Ich bin noch immer verwirrt, aber auf einem viel höheren Niveau.

Servus
Herbert

Servus Tom

Ja, davon war die Rede, aber

„schwere Neutrinos“
muss nicht heißen, dass sie eine Waage
weiter runter drücken. :wink:

wie kann ich mir das vorstellen?

Tanx
Herbert

Gruß, Tom