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
Observatorium	Sensitivität	Detektortyp	Detektormaterial	Reaktionstyp	Reaktion	Schwellenenergie
ANTARES, Mittelmeer, Frankreich	kosmische $\nu _{\mu }$	Tscherenkow	H₂O	geladener Strom	$\nu _{\mu }$ + N → $\mu$ ⁻ + X ${\overline {\nu }}_{\mu }$ + N → $\mu$ ⁺ + X Myonen	> 10 GeV
Borexino, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare $\nu _{e}$	Szintillator	H₂O C₆H₃(CH₃)₃ C₁₅H₁₁NO	elastische Streuung	$\nu _{x}$ + e⁻ → $\nu _{x}$ + e⁻	250–665 keV
CLEAN	niederenergetische solare $\nu _{e}$ , sowie $\nu _{e}$ aus Supernovae und Pulsaren	Szintillator	flüssiges Neon	elastische Streuung	$\nu _{x}$ + e⁻ → $\nu _{x}$ + e⁻ $\nu _{e}$ + ²⁰Ne → $\nu _{e}$ + ²⁰Ne	?
Daya Bay, Daya Bay, China	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\overline {\nu }}_{e}$ + p₊→n + e⁺	1,8 MeV
Double Chooz, Chooz	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\overline {\nu }}_{e}$ + p₊→n + e⁺	1,8 MeV
FASER, LHC, Genf, Schweiz	LHC Neutrinos: $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$	Emulsion und Elektronisch	Wolfram	geladener und neutraler Strom	$\nu _{\ell }$ + N → $\ell$ + X	> 10 GeV
GALLEX, Gran Sasso, Italien	solare $\nu _{e}$	radiochemisch	GaCl₃ (30 t Ga)	geladener Strom	$\nu _{e}$ +⁷¹Ga → ⁷¹Ge+e⁻	233,2 keV
GNO, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare $\nu _{e}$	radiochemisch	GaCl₃ (30 t Ga)	geladener Strom	$\nu _{e}$ +⁷¹Ga → ⁷¹Ge+e⁻	233,2 keV
Homestake–Chlorine, Homestake-Mine, USA	solare $\nu _{e}$	radiochemisch	C₂Cl₄ (615 t)	geladener Strom	³⁷Cl+ $\nu _{e}$ → ³⁷Ar+e⁻ ³⁷Ar^ → ³⁷Cl + e⁺ + $\nu _{e}$	814 keV
Homestake–Iodine, Homestake-Mine, USA	solare $\nu _{e}$	radiochemisch	NaI	elastische Streuung, geladener Strom	$\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻ $\nu _{e}$ + ¹²⁷I → ¹²⁷Xe + e⁻	789 keV
ICARUS, Gran Sasso, Italien	solare und atmosphärische Neutrinos, sowie $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$ von CERN	Tscherenkow	flüssiges Argon	elastische Streuung	$\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻	5,9 MeV
IceCube, Südpol	atmosphärische und kosmische $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$ , eventuell weitere	Tscherenkow	1 km³ H₂O (Eis)	geladener Strom	$\nu _{x}$ + N → x + X hauptsächlich Myonen	> 200 GeV; ≈ 10 GeV mit DeepCore-Erweiterung
INO, Ino Peak, Indien	atmosphärische Neutrinos	Widerstands- plattenkammer	Glas	elastische Streuung, geladener Strom	$\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻ $\nu _{e}$ + n^o → e⁻ + p⁺ $\nu _{e}$ + p⁺ → e⁺ + n^o	?
Kamiokande, Kamioka, Japan	solare und atmosphärische $\nu _{e}$	Tscherenkow	3.000 t H₂O	elastische Streuung	$\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻	7,5 MeV
KamLAND, Kamioka, Japan	Reaktorneutrinos, Geoneutrinos ${\bar {\nu }}_{e}$	Szintillator			${\bar {\nu }}_{e}+p\to e^{+}+n$	1,8 MeV
LENS, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare $\nu _{e}$	Szintillator	In(MVA)_x	geladener Strom	$\nu _{e}$ + ¹¹⁵In → ¹¹⁵Sn+e⁻+2γ	120 keV
MOON, Washington, USA	niederenergetische solare $\nu _{e}$ und niederenergetische Supernova- $\nu _{e}$	Szintillator	¹⁰⁰Mo (1 t) + MoF₆ (gasförmig)	geladener Strom	$\nu _{e}$ +¹⁰⁰Mo → ¹⁰⁰Tc+e⁻	168 keV
OPERA, Gran Sasso, Italien	$\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$ von CERN	Hybrid	2000 t Pb/Emulsion + Myon-Spektrometer	geladener Strom	$\nu _{\tau }$ + N → $\tau$ +X	4,5 GeV
RENO, Yeonggwang, Südkorea	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\overline {\nu }}_{e}$ + p₊→n + e⁺	1,8 MeV
RNO-G, Summit Station, Grönland	hochenergetische kosmische Neutrinos	Radiowellen-Antennen		geladene Folgeteilchen aus inelastischem Stoss mit Atomen
SAGE, Baksan, Russland	niederenergetische solare $\nu _{e}$	radiochemisch	GaCl₃	geladener Strom	$\nu _{e}$ +⁷¹Ga → ⁷¹Ge+e⁻	233,2 keV
SNO, Sudbury-Mine, Kanada	solare und atmosphärische $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$	Tscherenkow	1000 t D₂O	geladener Strom, neutraler Strom, elastische Streuung	$\nu _{e}$ + ²₁D →p⁺+p⁺+e⁻ $\nu _{x}$ + ²₁D → $\nu _{x}$ +n^o+p⁺ $\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻	6,75 MeV
Super-Kamiokande, Kamioka, Japan	solare und atmosphärische $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$ sowie $\nu _{e}$ , $\nu _{\mu }$ , $\nu _{\tau }$ von KEK	Tscherenkow	32.000 t H₂O	elastische Streuung, geladener Strom	$\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻ $\nu _{e}$ + n^o → e⁻ + p⁺ $\nu _{e}$ + p⁺ → e⁺ + n^o	?
UNO, Henderson-Mine, USA	solare, atmosphärische und Reaktorneutrinos	Tscherenkow	440.000 t H₂O	elastische Streuung	$\nu _{e}$ + e⁻ → $\nu _{e}$ + e⁻	?

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