Borexino: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Borexino''' ist ein Experiment der [[Teilchenphysik]], mit dem aus der [[Sonne]] stammende [[Neutrinos]] niedriger Energie erforscht werden. Die Bezeichnung „Borexino“ ist das italienische [[Diminutiv]] von BOREX ([[Bor]]on solar neutrino experiment).<ref>{{cite book|author=Georg G. Raffelt|title=Stars As Laboratories for Fundamental Physics: The Astrophysics of Neutrinos, Axions, and Other Weakly Interacting Particles |chapter=BOREXINO|pages=393–394|chapterurl=http://books.google.com/books?id=6esnbt7BfIwC&pg=PA393|publisher=University of Chicago Press|year=1996|isbn=0-226-70272-3}}</ref> Das Experiment befindet sich in den [[Laboratori Nazionali del Gran Sasso]] und repräsentiert eine internationale Gruppe mit Forschern aus [[Italien]], den [[Vereinigte Staaten|Vereinigten Staaten]], [[Deutschland]], [[Frankreich]] und [[Russland]].<ref>{{cite web|title=Borexino Experiment|url=http://borex.lngs.infn.it/|work=Borexino, Offizielle Internetpräsenz|publisher=INFN|accessdate=2011-08-12}}</ref> Das Experiment wird von verschiedenen nationalen Institutionen wie [[Istituto Nazionale di Fisica Nucleare|INFN]] und [[National Science Foundation|NSF]] finanziert.
'''Borexino''' ist ein Experiment der [[Teilchenphysik]], mit dem aus der [[Sonne]] stammende [[Neutrinos]] niedriger Energie erforscht werden. Die Bezeichnung „Borexino“ ist das italienische [[Diminutiv]] von BOREX ([[Bor]]on solar neutrino experiment).<ref>{{cite book|author=Georg G. Raffelt|title=Stars As Laboratories for Fundamental Physics: The Astrophysics of Neutrinos, Axions, and Other Weakly Interacting Particles |chapter=BOREXINO|pages=393–394|chapterurl=http://books.google.com/books?id=6esnbt7BfIwC&pg=PA393|publisher=University of Chicago Press|year=1996|isbn=0-226-70272-3}}</ref> Das Experiment befindet sich in den [[Laboratori Nazionali del Gran Sasso]] und repräsentiert eine internationale Gruppe mit Forschern aus [[Italien]], den [[Vereinigte Staaten|Vereinigten Staaten]], [[Deutschland]], [[Frankreich]] und [[Russland]].<ref>{{cite web|title=Borexino Experiment|url=http://borex.lngs.infn.it/|work=Borexino, Offizielle Internetpräsenz|publisher=INFN|accessdate=2011-08-12|offline=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20071016122025/http://borex.lngs.infn.it/|archivedate=2007-10-16|archivebot=2018-04-02 03:41:36 InternetArchiveBot}}</ref> Das Experiment wird von verschiedenen nationalen Institutionen wie [[Istituto Nazionale di Fisica Nucleare|INFN]] und [[National Science Foundation|NSF]] finanziert.
[[Datei:Borexino detector.png|mini|Das Borexino-Experiment im September 2015]]
[[Datei:Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Borexino detector.png|mini|Das Borexino-Experiment im September 2015]]


Der Detektor ist ein [[Szintillationszähler|Flüssigszintillator]], der sich in einer Sphäre aus [[rostfreier Stahl|rostfreiem Stahl]] befindet, abgeschirmt durch einen Wassertank. Hauptziel des Experiments ist die präzise Vermessung der monoenergetischen Neutrinos von der Sonne, die beim Elektroneneinfang von [[Beryllium]]-7 entstehen, um die Ergebnisse mit den theoretischen Vorhersagen zu vergleichen (siehe Artikel über [[Pp-Zyklus#Proton-Proton-Reaktion II|Proton-Proton-Reaktion]]). Dadurch würden die Forscher die [[Kernfusion]]sprozesse im Kern der Sonne besser verstehen, und ebenso sollen damit die Eigenschaften der [[Neutrinooszillation]] besser verstanden werden. Andere Ziele des Experiments sind die Messung von Sonnenneutrinos aus [[Bor]]-8, [[Proton-Proton-Reaktion|pep]] und [[Bethe-Weizsäcker-Zyklus|CNO]]. Es sollen auch Antineutrinos aus dem Erdinnern und [[Atomkraftwerk]]en gemessen werden. Das Projekt könnte auch Neutrinos von [[Supernova]]e in der Milchstraße auffinden. Borexino ist Teil des [[Supernova Early Warning System]]s.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A|volume=600|issue=3|pages=568-593|year=2008|doi=10.1016/j.nima.2008.11.076|arxiv=0806.2400|bibcode = 2009NIMPA.600..568B }}</ref>
Der Detektor ist ein [[Szintillationszähler|Flüssigszintillator]], der sich in einer Sphäre aus [[rostfreier Stahl|rostfreiem Stahl]] befindet, abgeschirmt durch einen Wassertank. Hauptziel des Experiments ist die präzise Vermessung der monoenergetischen Neutrinos von der Sonne, die beim Elektroneneinfang von [[Beryllium]]-7 entstehen, um die Ergebnisse mit den theoretischen Vorhersagen zu vergleichen (siehe Artikel über [[Pp-Zyklus#Proton-Proton-Reaktion II|Proton-Proton-Reaktion]]). Dadurch würden die Forscher die [[Kernfusion]]sprozesse im Kern der Sonne besser verstehen, und ebenso sollen damit die Eigenschaften der [[Neutrinooszillation]] besser verstanden werden. Andere Ziele des Experiments sind die Messung von Sonnenneutrinos aus [[Bor]]-8, [[Proton-Proton-Reaktion|pep]] und [[Bethe-Weizsäcker-Zyklus|CNO]]. Es sollen auch Antineutrinos aus dem Erdinnern und [[Atomkraftwerk]]en gemessen werden. Das Projekt könnte auch Neutrinos von [[Supernova]]e in der Milchstraße auffinden. Borexino ist Teil des [[Supernova Early Warning System]]s.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A|volume=600|issue=3|pages=568–593|year=2008|doi=10.1016/j.nima.2008.11.076|arxiv=0806.2400|bibcode = 2009NIMPA.600..568B }}</ref>


Als Teil des Borexino Experimentes ist momentan das SOX Projekt zur Suche nach sterilen Neutrinos in Vorbereitung.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=SOX: Short distance neutrino Oscillations with BoreXino|journal=JHEP|volume=1308|issue=038|year=2013|doi=10.1007/JHEP08(2013)038 |arxiv=1304.7721}}</ref> Dieses Konzept sieht vor eine künstliche Neutrino bzw. Antineutrinoquelle unterhalb bzw. im Inneren des Detektors zu installieren. Obwohl ein steriles Neutrino nicht an der schwachen Wechselwirkung teilzunehmen vermag, würde es an den [[Neutrinooszillation]]  teilnehmen. Dies bietet die Möglichkeit ein Oszillationsmuster erstmals im Inneren eines Detektors aufzunehmen.
Als Teil des Borexino Experimentes ist momentan das SOX Projekt zur Suche nach sterilen Neutrinos in Vorbereitung.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=SOX: Short distance neutrino Oscillations with BoreXino|journal=JHEP|volume=1308|issue=038|year=2013|doi=10.1007/JHEP08(2013)038 |arxiv=1304.7721}}</ref> Dieses Konzept sieht vor eine künstliche Neutrino- bzw. Antineutrinoquelle unterhalb bzw. im Inneren des Detektors zu installieren. Obwohl ein steriles Neutrino nicht an der schwachen Wechselwirkung teilzunehmen vermag, würde es an der [[Neutrinooszillation]]  teilnehmen. Dies bietet die Möglichkeit ein Oszillationsmuster erstmals im Inneren eines Detektors aufzunehmen.


Sprecher war 1990 bis 2011 [[Gianpaolo Bellini (Physiker)|Gianpaolo Bellini]].
Sprecher war 1990 bis 2011 [[Gianpaolo Bellini (Physiker)|Gianpaolo Bellini]].
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== Resultate ==
== Resultate ==
[[Datei:SolarSpectraWithExp.jpg|miniatur|300x300px|Die grauen Bänder vergleichen die Regionen, in denen die Solar-Neutrino-Teleskope, die in der Lage sind, die Energie der Ereignisse zu messen, empfindlich sind. Zu beachten ist, dass die Vorhersagen von Solarmodellen im logarithmischen Maßstab gegeben sind: Super-Kamiokande und SNO können etwa 0,02 % der Gesamtmenge beobachten, während Borexino jede Art von vorhergesagtem Neutrino aus der Sonne beobachten kann.]]
[[Datei:SolarSpectraWithExp.jpg|miniatur|300x300px|Die grauen Bänder vergleichen die Regionen, in denen die Solar-Neutrino-Teleskope, die in der Lage sind, die Energie der Ereignisse zu messen, empfindlich sind. Zu beachten ist, dass die Vorhersagen von Solarmodellen im logarithmischen Maßstab gegeben sind: Super-Kamiokande und SNO können etwa 0,02 % der Gesamtmenge beobachten, während Borexino jede Art von vorhergesagtem Neutrino aus der Sonne beobachten kann.]]
Ab Mai 2007 begann der Borexinodetektor mit der Datenaufnahme.<ref>{{cite web|title=The Borexino experiment at Gran Sasso begins the data taking|publisher=Laboratori Nazionali del Gran Sasso press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1025183|date=2007-05-29| accessdate=2012-10-09}}</ref> Im August 2007 wurden erstmals Beryllium-7-Neutrinos aus der Sonne gemessen, wobei die Messung in Echtzeit erfolgte.<ref>{{cite journal|author= Emiliano Feresin |title=Low-energy neutrinos spotted|journal=Nature news|year=2007|doi=10.1038/news070820-5}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=First real time detection of 7Be solar neutrinos by Borexino|journal=Physics Letters B|volume=658|issue=4|pages=101-108|year=2007|doi=10.1016/j.physletb.2007.09.054|arxiv=0708.2251|bibcode = 2008PhLB..658..101B }}</ref> Die Daten wurden 2008 erweitert und präzisiert.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=Direct Measurement of the Be7 Solar Neutrino Flux with 192 Days of Borexino Data|journal=Physical Review Letters|volume=101|issue=9|pages=091302|year=2008|doi=10.1103/PhysRevLett.101.091302|arxiv=0805.3843|bibcode = 2008PhRvL.101i1302A }}</ref>  
Ab Mai 2007 begann der Borexinodetektor mit der Datenaufnahme.<ref>{{cite web|title=The Borexino experiment at Gran Sasso begins the data taking|publisher=Laboratori Nazionali del Gran Sasso press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1025183|date=2007-05-29| accessdate=2012-10-09}}</ref> Im August 2007 wurden erstmals Beryllium-7-Neutrinos aus der Sonne gemessen, wobei die Messung in Echtzeit erfolgte.<ref>{{cite journal|author= Emiliano Feresin |title=Low-energy neutrinos spotted|journal=Nature news|year=2007|doi=10.1038/news070820-5}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=First real time detection of 7Be solar neutrinos by Borexino|journal=Physics Letters B|volume=658|issue=4|pages=101–108|year=2007|doi=10.1016/j.physletb.2007.09.054|arxiv=0708.2251|bibcode = 2008PhLB..658..101B }}</ref> Die Daten wurden 2008 erweitert und präzisiert.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=Direct Measurement of the Be7 Solar Neutrino Flux with 192 Days of Borexino Data|journal=Physical Review Letters|volume=101|issue=9|pages=091302|year=2008|doi=10.1103/PhysRevLett.101.091302|arxiv=0805.3843|bibcode = 2008PhRvL.101i1302A }}</ref>


2010 wurden erstmals Neutrinos aus dem Erdinnern beobachtet. Es handelt sich um Antineutrinos die aus den Zerfällen von [[Uran]], [[Thorium]], [[Kalium]], und [[Rubidium]] entstehen.<ref>{{cite web|title=A first look at the Earth interior from the Gran Sasso underground laboratory|publisher=INFN press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1029191|date=2010-03-11| accessdate=2012-10-09}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=Observation of geo-neutrinos|journal=Physics Letters B|volume=687|issue=4–5|pages=299-304|year=2010|doi=10.1016/j.physletb.2010.03.051|arxiv=1003.0284|bibcode = 2010PhLB..687..299B }}</ref>
2010 wurden erstmals Neutrinos aus dem Erdinnern beobachtet. Es handelt sich um Antineutrinos die aus den Zerfällen von [[Uran]], [[Thorium]], [[Kalium]], und [[Rubidium]] entstehen.<ref>{{cite web|title=A first look at the Earth interior from the Gran Sasso underground laboratory|publisher=INFN press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1029191|date=2010-03-11| accessdate=2012-10-09}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=Observation of geo-neutrinos|journal=Physics Letters B|volume=687|issue=4–5|pages=299–304|year=2010|doi=10.1016/j.physletb.2010.03.051|arxiv=1003.0284|bibcode = 2010PhLB..687..299B }}</ref>


2011 veröffentlichte das Experiment eine Präzisionsmessung von Beryllium-7-Neutrinos aus der Sonne,<ref>{{cite web|title=Precision measurement of the Beryllium solar neutrino flux and its day/night asymmetry, and independent validation of the LMA-MSW oscillation solution using Borexino-only data.|publisher=Borexino Collaboration press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1030628|date=2011-04-11| accessdate=2012-10-09}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title= Precision Measurement of the Be7 Solar Neutrino Interaction Rate in Borexino|journal=Physical Review Letters|volume=107|issue=14|pages=141302|year=2011|doi=10.1103/PhysRevLett.107.141302|arxiv=1104.1816|bibcode = 2011PhRvL.107n1302B }}</ref> und im selben Jahr Sonnenneutrinos aus [[Proton-Proton-Reaktion|pep]]-Reaktionen.<ref>{{cite web|title=Borexino Collaboration succeeds in spotting pep neutrinos emitted from the sun|publisher=PhysOrg.com|url=http://phys.org/news/2012-02-borexino-collaboration-pep-neutrinos-emitted.html|date=2012-02-09| accessdate=2012-10-09}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=First Evidence of pep Solar Neutrinos by Direct Detection in Borexino|journal=Physical Review Letters|volume=108|issue=5|pages=051302|year=2011|doi=10.1103/PhysRevLett.108.051302|arxiv=1110.3230|bibcode = 2012PhRvL.108e1302B }}</ref>
2011 veröffentlichte das Experiment eine Präzisionsmessung von Beryllium-7-Neutrinos aus der Sonne,<ref>{{cite web|title=Precision measurement of the Beryllium solar neutrino flux and its day/night asymmetry, and independent validation of the LMA-MSW oscillation solution using Borexino-only data.|publisher=Borexino Collaboration press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1030628|date=2011-04-11| accessdate=2012-10-09}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title= Precision Measurement of the Be7 Solar Neutrino Interaction Rate in Borexino|journal=Physical Review Letters|volume=107|issue=14|pages=141302|year=2011|doi=10.1103/PhysRevLett.107.141302|arxiv=1104.1816|bibcode = 2011PhRvL.107n1302B }}</ref> und im selben Jahr Sonnenneutrinos aus [[Proton-Proton-Reaktion|pep]]-Reaktionen.<ref>{{cite web|title=Borexino Collaboration succeeds in spotting pep neutrinos emitted from the sun|publisher=PhysOrg.com|url=http://phys.org/news/2012-02-borexino-collaboration-pep-neutrinos-emitted.html|date=2012-02-09| accessdate=2012-10-09}}</ref><ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=First Evidence of pep Solar Neutrinos by Direct Detection in Borexino|journal=Physical Review Letters|volume=108|issue=5|pages=051302|year=2011|doi=10.1103/PhysRevLett.108.051302|arxiv=1110.3230|bibcode = 2012PhRvL.108e1302B }}</ref>
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Ende August 2014 veröffentlichte die Borexino Kollaboration die Resultate zur Messung des primären Proton-Proton-Fusionsprozesses in der Sonne.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun|journal=nature|volume=512|issue=7515|year=2014|doi=10.1038/nature13702  }}</ref> Dies stellt die erste direkte Messung der sogenannten primären pp Neutrinos dar.
Ende August 2014 veröffentlichte die Borexino Kollaboration die Resultate zur Messung des primären Proton-Proton-Fusionsprozesses in der Sonne.<ref>{{cite journal|author=Borexino collaboration|title=Neutrinos from the primary proton–proton fusion process in the Sun|journal=nature|volume=512|issue=7515|year=2014|doi=10.1038/nature13702  }}</ref> Dies stellt die erste direkte Messung der sogenannten primären pp Neutrinos dar.


== SOX Projekt ==
2020 gelang es Borexino auch Neutrinos aus dem zweiten Fusionsprozess der Sonne neben dem pp-Prozess, dem [[CNO-Zyklus]] nachzuweisen.<ref>[https://www.nature.com/articles/s41586-020-2934-0 Borexino Collaboration: Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun], Nature, Band 587, 2020, S. 577–582</ref>
SOX ist das englische Akronym für "'''s'''hort distance neutrino '''o'''scillations with Bore'''x'''ino". Das Projekt sieht vor eine künstliche Antineutrinoquelle im Tunnel unterhalb des Borexino Detektors zu installieren. Die Aktivität des radioaktiven beta Strahlers (Cerium-144) wird ca. 100 kCi betragen. Ce-144 zerfällt mit einer Halbwertzeit von ca. 285 Tagen in Pr-144. Die lange Halbwertzeit ermöglicht Transport und Installation der Antineutrinoquelle, während der hohe Q-Wert von Pr-144 (oberhalb der Schwelle für den inversen beta Zerfall) letztendlich die Antineutrinos zur Detektion liefert. Der Nachweis wird über den inversen beta Zerfall erfolgen. Hierbei wird ein promptes Signal, bestehend aus der Positron Annihilation, und ein verzögertes Signal durch den Einfang des Neutrons am Wasserstoff detektiert. Dies wird eine besonders untergrundarme Messung ermöglichen. <ref name="meyer-proceedings">{{cite journal|author=Mikko Meyer |title=Search for Sterile Neutrinos with the Borexino Detector|journal=DESY-PROC-2014-4|year=2014|doi=10.3204/DESY-PROC-2014-04/7}}</ref><ref>{{cite journal|author=M. Pallavicini |title=The SOX project: a search for sterile neutrinos with BoreXino |journal= PoS Neutel2013 (2013) 026|year=2013}}</ref>  <br>
 
Als weitere Option wird die Installation einer künstlichen Neutrinoquelle (Cr-51) erwogen.<ref name="meyer-proceedings" />. Der Nachweis wird hierbei analog zur Analyse der solaren Beryllium-7-Neutrinos erfolgen.<br>
== SOX-Projekt ==
Der Beginn der Expositionsphase von CeSOX ist für Ende 2016 vorgesehen.
SOX ist das englische Akronym für "'''s'''hort distance neutrino '''o'''scillations with Bore'''x'''ino". Das Projekt sieht vor eine künstliche Antineutrinoquelle im Tunnel unterhalb des Borexino Detektors zu installieren. Die Aktivität des radioaktiven Betastrahlers (Cer-144) wird ca. 100 kCi betragen. Ce-144 zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 285 Tagen in Praseodym-144. Die lange Halbwertszeit ermöglicht Transport und Installation der Antineutrinoquelle, während der hohe Q-Wert von Pr-144 (oberhalb der Schwelle für den inversen Betazerfall) letztendlich die Antineutrinos zur Detektion liefert. Der Nachweis soll über den inversen Betazerfall erfolgen. Hierbei wird ein promptes Signal, bestehend aus der Positronannihilation, und ein verzögertes Signal durch den Einfang des Neutrons am Wasserstoff detektiert. Dies soll eine besonders untergrundarme Messung ermöglichen.<ref name="meyer-proceedings">{{cite journal|author=Mikko Meyer |title=Search for Sterile Neutrinos with the Borexino Detector|journal=DESY-PROC-2014-4|year=2014|doi=10.3204/DESY-PROC-2014-04/7}}</ref><ref>{{cite journal|author=M. Pallavicini |title=The SOX project: a search for sterile neutrinos with BoreXino |journal= PoS Neutel2013 (2013) 026|year=2013}}</ref>  <br>
Als weitere Option wird die Installation einer künstlichen Neutrinoquelle (Chrom-51) erwogen.<ref name="meyer-proceedings" /> Der Nachweis wird hierbei analog zur Analyse der solaren Beryllium-7-Neutrinos erfolgen.<br>
Der Beginn der Expositionsphase von CeSOX ist für Ende 2016 vorgesehen. Das Projekt wurde inzwischen abgesagt, da die notwendige Neutrinoquelle auf Grund technischer Probleme in der Wiederaufbereitungsanlage Majak nicht geliefert werden kann.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/ruthenium-das-physik-experiment-und-die-strahlenwolke-a-1193908.html |autor=Christoph Seidler |titel=Ruthenium: Das Physik-Experiment und die Strahlenwolke |datum=2018-02-16 |zugriff=2018-03-18 |werk=Spiegel.online}}</ref>
 
Eine internationale Arbeitsgruppe veröffentlichte am 26. Juli 2019 ein Papier, wonach im Nuklearkomplex Majak im Südural bei der Produktion einer Komponente des Neutrinoexperimentes im Jahre 2017 ein Unfall zu hohen Rutheniumkonzentrationen führte, welche Umweltlabors in vielen Ländern nachwiesen. Die Indizien wiesen schon 2017 darauf hin, dass der Unfall mit einer Lieferung des Radioisotops Ce-144 für das Neutrinoexperiment im Zusammenhang stand. Die Analyse der Arbeitsgruppe bestehend aus 68 Autoren präzisiert diesen Indizienbeweis nun. Russland bestreitet dies jedoch nach wie vor.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.deutschlandfunk.de/analyse-der-ruthenium-wolke-von-2017-europa-zeigt-nicht-mit.676.de.html?dram:article_id=455031 |titel=Analyse der Ruthenium-Wolke von 2017 - "Europa zeigt nicht mit dem Finger auf Russland" |abruf=2019-07-29 |sprache=de-DE}}</ref>


== Weblinks ==
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[[Kategorie:Neutrino-Experiment]]
[[Kategorie:Neutrino-Observatorium]]
[[Kategorie:Bildung und Forschung in den Abruzzen]]

Aktuelle Version vom 2. Dezember 2021, 08:08 Uhr

Borexino ist ein Experiment der Teilchenphysik, mit dem aus der Sonne stammende Neutrinos niedriger Energie erforscht werden. Die Bezeichnung „Borexino“ ist das italienische Diminutiv von BOREX (Boron solar neutrino experiment).[1] Das Experiment befindet sich in den Laboratori Nazionali del Gran Sasso und repräsentiert eine internationale Gruppe mit Forschern aus Italien, den Vereinigten Staaten, Deutschland, Frankreich und Russland.[2] Das Experiment wird von verschiedenen nationalen Institutionen wie INFN und NSF finanziert.

Das Borexino-Experiment im September 2015

Der Detektor ist ein Flüssigszintillator, der sich in einer Sphäre aus rostfreiem Stahl befindet, abgeschirmt durch einen Wassertank. Hauptziel des Experiments ist die präzise Vermessung der monoenergetischen Neutrinos von der Sonne, die beim Elektroneneinfang von Beryllium-7 entstehen, um die Ergebnisse mit den theoretischen Vorhersagen zu vergleichen (siehe Artikel über Proton-Proton-Reaktion). Dadurch würden die Forscher die Kernfusionsprozesse im Kern der Sonne besser verstehen, und ebenso sollen damit die Eigenschaften der Neutrinooszillation besser verstanden werden. Andere Ziele des Experiments sind die Messung von Sonnenneutrinos aus Bor-8, pep und CNO. Es sollen auch Antineutrinos aus dem Erdinnern und Atomkraftwerken gemessen werden. Das Projekt könnte auch Neutrinos von Supernovae in der Milchstraße auffinden. Borexino ist Teil des Supernova Early Warning Systems.[3]

Als Teil des Borexino Experimentes ist momentan das SOX Projekt zur Suche nach sterilen Neutrinos in Vorbereitung.[4] Dieses Konzept sieht vor eine künstliche Neutrino- bzw. Antineutrinoquelle unterhalb bzw. im Inneren des Detektors zu installieren. Obwohl ein steriles Neutrino nicht an der schwachen Wechselwirkung teilzunehmen vermag, würde es an der Neutrinooszillation teilnehmen. Dies bietet die Möglichkeit ein Oszillationsmuster erstmals im Inneren eines Detektors aufzunehmen.

Sprecher war 1990 bis 2011 Gianpaolo Bellini.

Resultate

Die grauen Bänder vergleichen die Regionen, in denen die Solar-Neutrino-Teleskope, die in der Lage sind, die Energie der Ereignisse zu messen, empfindlich sind. Zu beachten ist, dass die Vorhersagen von Solarmodellen im logarithmischen Maßstab gegeben sind: Super-Kamiokande und SNO können etwa 0,02 % der Gesamtmenge beobachten, während Borexino jede Art von vorhergesagtem Neutrino aus der Sonne beobachten kann.

Ab Mai 2007 begann der Borexinodetektor mit der Datenaufnahme.[5] Im August 2007 wurden erstmals Beryllium-7-Neutrinos aus der Sonne gemessen, wobei die Messung in Echtzeit erfolgte.[6][7] Die Daten wurden 2008 erweitert und präzisiert.[8]

2010 wurden erstmals Neutrinos aus dem Erdinnern beobachtet. Es handelt sich um Antineutrinos die aus den Zerfällen von Uran, Thorium, Kalium, und Rubidium entstehen.[9][10]

2011 veröffentlichte das Experiment eine Präzisionsmessung von Beryllium-7-Neutrinos aus der Sonne,[11][12] und im selben Jahr Sonnenneutrinos aus pep-Reaktionen.[13][14]

2012 veröffentlichten sie die Resultate von Messungen der Geschwindigkeit von CNGS-Neutrinos von CERN nach Gran Sasso. Die Resultate waren in Übereinstimmung mit der Lichtgeschwindigkeit.[15] Siehe Messungen der Neutrinogeschwindigkeit.

Ende August 2014 veröffentlichte die Borexino Kollaboration die Resultate zur Messung des primären Proton-Proton-Fusionsprozesses in der Sonne.[16] Dies stellt die erste direkte Messung der sogenannten primären pp Neutrinos dar.

2020 gelang es Borexino auch Neutrinos aus dem zweiten Fusionsprozess der Sonne neben dem pp-Prozess, dem CNO-Zyklus nachzuweisen.[17]

SOX-Projekt

SOX ist das englische Akronym für "short distance neutrino oscillations with Borexino". Das Projekt sieht vor eine künstliche Antineutrinoquelle im Tunnel unterhalb des Borexino Detektors zu installieren. Die Aktivität des radioaktiven Betastrahlers (Cer-144) wird ca. 100 kCi betragen. Ce-144 zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 285 Tagen in Praseodym-144. Die lange Halbwertszeit ermöglicht Transport und Installation der Antineutrinoquelle, während der hohe Q-Wert von Pr-144 (oberhalb der Schwelle für den inversen Betazerfall) letztendlich die Antineutrinos zur Detektion liefert. Der Nachweis soll über den inversen Betazerfall erfolgen. Hierbei wird ein promptes Signal, bestehend aus der Positronannihilation, und ein verzögertes Signal durch den Einfang des Neutrons am Wasserstoff detektiert. Dies soll eine besonders untergrundarme Messung ermöglichen.[18][19]
Als weitere Option wird die Installation einer künstlichen Neutrinoquelle (Chrom-51) erwogen.[18] Der Nachweis wird hierbei analog zur Analyse der solaren Beryllium-7-Neutrinos erfolgen.
Der Beginn der Expositionsphase von CeSOX ist für Ende 2016 vorgesehen. Das Projekt wurde inzwischen abgesagt, da die notwendige Neutrinoquelle auf Grund technischer Probleme in der Wiederaufbereitungsanlage Majak nicht geliefert werden kann.[20]

Eine internationale Arbeitsgruppe veröffentlichte am 26. Juli 2019 ein Papier, wonach im Nuklearkomplex Majak im Südural bei der Produktion einer Komponente des Neutrinoexperimentes im Jahre 2017 ein Unfall zu hohen Rutheniumkonzentrationen führte, welche Umweltlabors in vielen Ländern nachwiesen. Die Indizien wiesen schon 2017 darauf hin, dass der Unfall mit einer Lieferung des Radioisotops Ce-144 für das Neutrinoexperiment im Zusammenhang stand. Die Analyse der Arbeitsgruppe bestehend aus 68 Autoren präzisiert diesen Indizienbeweis nun. Russland bestreitet dies jedoch nach wie vor.[21]

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Georg G. Raffelt: BOREXINO. In:Stars As Laboratories for Fundamental Physics: The Astrophysics of Neutrinos, Axions, and Other Weakly Interacting Particles. University of Chicago Press, 1996, ISBN 0-226-70272-3, S. 393–394.
  2. ↑ Borexino Experiment. In: Borexino, Offizielle Internetpräsenz. INFN. Archiviert vom Original am 16. Oktober 2007.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/borex.lngs.infn.it Abgerufen am 12. August 2011.
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18.05.2024
Quantenphysik
Was ist „Zeit“ für Quantenteilchen?
Bei einem verblüffenden Phänomen der Quantenphysik, dem sogenannten Tunneln, scheinen sich Teilchen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen. Darmstädter Physiker glauben jedoch, dass die Zeit, die die Teilchen zum Tunneln brauchen, bisher falsch gemessen wurde.
14.05.2024
Monde | Astrobiologie
Organische Moleküle auf Enceladus: Bedingungen auf Saturnmond im Labor simuliert
Im Jahr 2018 wurden in Eispartikeln des Saturnmonds Enceladus sehr große organische Moleküle entdeckt. Noch ist unklar, ob sie auf die Existenz von Leben hindeuten oder auf andere Weise entstanden sind. Eine aktuelle Studie könnte helfen, diese Frage zu beantworten.
13.05.2024
Plasmaphysik | Quantenoptik
Meilenstein in der Plasmabeschleunigung
Forschende haben einen signifikanten Fortschritt bei der Laserplasma-Beschleunigung erzielt.
13.05.2024
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Neues von der Synthese seltener Atomkerne im Universum
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13.05.2024
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Elektronenwirbel in Graphen nachgewiesen
In Graphen verhalten sich Elektronen wie eine Flüssigkeit. Dabei können auch Wirbel entstehen. Solche Elektronenwirbel wurden nun mit Hilfe eines Quanten-​Magnetfeldsensors mit hoher räumlicher Auflösung sichtbar gemacht. Normalerweise können solche Fliessphänomene leichter bei tiefen Temperaturen nachgewiesen werden.
10.05.2024
Optik | Quantenphysik
Erstmals atomare Auflösung mit optischer Mikroskopie
Physikerinnen und Physiker der Universität Regensburg erreichen erstmals atomare Auflösung mit optischer Mikroskopie, indem sie das Licht eines Quantenfunkens schneller als eine Billionstel Sekunde messen.
09.05.2024
Plasmaphysik | Festkörperphysik | Quantenoptik
Vorsicht, heiß! Laserpulse und die Wechselwirkung mit Oberflächen
Ein internationales Forschungsteam von Friedrich-Schiller-Universität und Helmholtz-Institut Jena entschlüsselt den Mechanismus, mit dem hochenergetische Laserpulse auf der Oberfläche von Festkörpern ein Plasma erzeugen.
09.05.2024
Festkörperphysik | Quantenoptik
Neues vom Entstehen und Dämpfen eines plasmonischen Feldes
Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Methode zur Charakterisierung des elektrischen Feldes beliebiger plasmonischer Proben entwickelt, wie etwa Gold-Nanopartikel. Plasmonische Materialien sind wegen ihrer außergewöhnlichen Effizienz bei der Absorption von Licht von besonderem Interesse.
08.05.2024
Atomphysik | Quantenoptik | Quantencomputer
Meilenstein in der Quantensimulation mit zirkularen Rydberg-Qubits
Ein Forscherteam hat wichtige Fortschritte im Bereich der Quantensimulation und des Quantencomputings auf der Basis von Rydberg-Atomen erzielt, indem es eine grundlegende Einschränkung überwunden hat: die begrenzte Lebensdauer von Rydberg-Atomen.
07.05.2024
Atomphysik | Teilchenphysik
Molekulare Dynamik in Echtzeit
Ein europäisches Forschungsteam hat ein neuartiges spektroskopisches Verfahren entwickelt, mit dem sich ultraschnelle dynamische Prozesse von Elektronen und Schwingungen innerhalb von Molekülen verfolgen lassen – und zwar mit atomarer Auflösung und in Echtzeit.
06.05.2024
Quantencomputer
Experiment öffnet Tür für Millionen von Qubits auf einem Chip
Forschenden der Universität Basel und des NCCR SPIN ist es erstmals gelungen, eine kontrollierbare Wechselwirkung zwischen zwei Lochspin-Qubits in einem herkömmlichen Silizium-Transistor zu realisieren.