Die surreale Welt von Neutrino-Detektoren

Neutrinos sind Elementarteilchen, die das Universum bilden, aber nicht in der Weise Elektronen, Protonen und Neutronen sind. Diese Teilchen sind sehr klein, fast masselosen und elektrisch neutral, damit sie gegenüber elektromagnetischen Kräfte unempfindlich sind und sehr schwach mit anderen Teilchen der Natur reagieren. Neutrinos entstehen durch den Zerfall radioaktiver Elemente in Kernreaktionen wie im Kern der Sonne oder explodierende Sterne. Sobald geboren, Reisen sie in einer geraden Linie mit der Geschwindigkeit des Lichts durch feste Materie fast völlig ungehindert passieren. Obwohl winzig, sie tragen eine riesige Menge an Energie – einige davon tragen der gleichen Menge an Energie, wie eine gut Tennisball zu schlagen. Um diese Teilchen mit der gleichen Technologie, die sie bei der Large Hadron Collider in der Schweiz nutzen zu erkennen, müsste man einem Ring von Magneten die Größe der Erdbahn um die Sonne.

Neutrino-Detektoren verwenden daher ganz anderen Art von Wissenschaft und Technik. Einige Detektoren verwenden große Tanks mit Wasser gefüllt und umgeben von Photomultiplier-Röhren, die für die Strahlung emittiert, wenn eine eingehende Neutrino ein Elektron oder ein Myon im Wasser erzeugt beobachten. Andere Detektoren haben Tanks mit Chlor oder Gallium oder andere Flüssigkeiten. Neutrino-Detektoren entstehen oft u-Bahn, um den Detektor von kosmischer Strahlung und anderen Hintergrund-Strahlung zu isolieren.

Super-Kamiokande


Ingenieure untersuchen Instrumente im halbgefüllten Super-Kamiokande-Tank in einem Ruderboot. Bildnachweis

Die Super-Kamiokande-Neutrino-Detektor befindet sich 1.000 Meter unter Mount Kamioka in der Nähe der Stadt Hida in Japan. Der Detektor besteht aus einem zylindrischen Edelstahlbehälter 41 Meter von 39 Metern mit 50.000 Tonnen ultrareines Wasser und umgeben von mehr als 11.000 Photomultiplier Tubes (PMT). Es ist eines der größten Detektor seiner Art.

Wenn ein Neutrino vorbei mit den Elektronen oder Kerne von Wasser interagiert, kann es ein geladenes Teilchen produzieren, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Wasser bewegt. Dadurch entsteht einen Kegel aus Licht bekannt als Cherenkov-Strahlung, das optische entspricht, ein Überschallknall. Cherenkov Licht ist als ein Ring an der Wand des Detektors projiziert und durch die Verwendung dieser Datenwissenschaftler PMTs. aufgezeichnet bestimmen die Richtung der Quelle und den Geschmack des eingehenden Neutrinos.

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Flüssigen Szintillator-Neutrino-Detektor

Die flüssigen Szintillator Neutrino Detector (LSND) am Los Alamos National Laboratory betrieben zwischen 1993 und 1998. Der Detektor bestand aus einem Tank mit 167 Tonnen (50.000 Gallonen) von Mineralöl vermischt mit organischer Szintillator Material gefüllt und wurde mit 1220 Photomultiplier Röhren ausgestattet. Die Ergebnisse der LSND, jedoch waren umstritten und wurden durch spätere Tests von anderen Labors widerlegt.

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MiniBooNE

MiniBooNE Detektor am Fermilab wurde entwickelt, um eindeutig zu überprüfen oder zu widerlegen, das LSND umstrittenen Ergebnis in einer kontrollierten Umgebung. Der Detektor ist ein 40 Fuß (12 m) Durchmesser Kugel gefüllt mit 800 Tonnen Mineralöl und gesäumt von 1520 Photomultiplier Röhren. Der Detektor sieht ein Neutrino Kollision alle 20 Sekunden, in Höhe von rund 1 Million Neutrino Veranstaltungen pro Jahr.

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Borexino

Borexino ist eine Experiment zur Teilchenphysik fast eine Meile unterhalb der Oberfläche des Berges Gran Sasso liegt etwa 60 Meilen außerhalb von Rom. Der Detektor ist ein 59 Fuß großen Stahlkugel mit einem flüssigen Szintillator gefüllt. Das primäre Ziel des Experiments ist eine genaue Messung der Beryllium-7 Neutrino-Flux von der Sonne und vergleicht sie mit der solar Standardmodell Vorhersage zu machen. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, um noch besser zu verstehen, dass die Kernfusionsprozesse, die im Kern der Sonne legen und hilft auch Eigenschaften von Neutrino-Oszillationen bestimmen.

Die Borexino-Detektor zeigt innere Sphäre der Szintillator, Puffer Kugel und Detektoren. Bildnachweis

Das Exterieur der Neutrino-Detektor 59 Fuß großen Stahlkugel. Bildnachweis

Das Innere des Borexino-Detektor. Bildnachweis

Sudbury Neutrino-Observatorium

Das Sudbury Neutrino Observatory ist 2.100 Meter unter der Erde in Vale Inco Creighton Mine in Sudbury, Ontario, Kanada. Die SNO Detektor Ziel bestand aus 1.000 Tonnen schweres Wasser in einem Umkreis von 6 Metern Acryl Behälter enthalten. Der Detektor Hohlraum außerhalb des Schiffes wurde mit normalem Wasser für das Schiff und Strahlenschutz zu beiden Auftrieb gefüllt. Das schwere Wasser wurde von rund 9.600 Photomultiplier Tubes gesehen. Die Kavität Gehäuse des Detektors ist angeblich die größte von Menschen verursachte unterirdischen Hohlraum der Welt.

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IceCube Neutrino-Observatorium

IceCube Neutrino-Observatorium befindet sich an der Amundsen-Scott South Pole Station in der Antarktis. Es bestehen aus Tausenden von Sensoren auf einem Kubikkilometer Volumen unter dem antarktischen Eis verteilt. Jeder Sensor, eine sphärische Glaskugel genannt digitale optische Module (DOMs), bestehen aus einem Photomultiplier-Rohr und einem Computer und ruht von "Strings" in Löcher in das Eis in einer Tiefe von 1.450 bis 2.450 m gebohrt. IceCube Neutrino-Observatorium ist das größte Neutrino-Teleskop der Welt.

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Ein digitales optisches Modul (DOM). Bildnachweis

Eine digitale optische Modul (DOM) wird in ein 2.500 Meter tiefen Loch im Eis abgesenkt. Bildnachweis

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KamLAND-Detektor

Der Kamioka flüssigen Szintillator Antineutrino Detektor (KamLAND) ist ein experimentelles Gerät, die an der Kamioka Sternwarte, eine unterirdische Neutrino Erkennung Anlage in der Nähe von Toyama, Japan gebaut wurde. Dient zur Erkennung von Elektron-Antineutrinos emittiert durch die 53 japanischen kommerziellen Kernreaktoren, die den Detektor umgeben.

KamLAND-Detektor äußere Schicht besteht aus einer 18 Meter Durchmesser Edelstahl Sicherheitsbehälter mit einem Innenfutter 1.879 Photomultiplier Röhren, je 50 Zentimeter im Durchmesser. Seine zweite, innere Schicht besteht aus einem 13 m Durchmesser Nylon Ballon mit einem flüssigen Szintillator bestehend aus 1.000 Tonnen Mineralöl, Benzol und fluoreszierende Chemikalien gefüllt.

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Daya Bay Reaktor Neutrinoexperiment


Daya Bay Reactor Neutrino Experiment liegt am Daya Bay, ca. 52 km nordöstlich von Hongkong in China. Das Experiment besteht aus acht Antineutrino Detektoren, an drei Orten im Umkreis von 1,9 km von sechs Kernreaktoren gruppierten. Jeder Detektor besteht aus 20 Tonnen flüssigen Szintillator umgeben von Photomultiplier Röhren und Abschirmung.

Die Innenleben jedes zylindrische Antineutrino Melders bestehen aus einer transparenten Acryl Schiff miteinander verschachtelt, sowohl von denen sitzen im Inneren ein drittes Schiff aus rostfreiem Stahl gefertigt. Dies ist mit klaren Flüssigkeit Szintillator gefüllt.

Bildnachweis: Roy Kaltschmidt, LBNL

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