Vanwaar komt welke neutrino

[lox665]

Iemand stelde deze vraag aan mij, en ik weet er eigenlijk ook geen antwoord op.

Deze dagen is er veel aandacht rond de neutrino's die gedetecteerd zijn door het OPERA.
Nu, elke dag gaan er toch immens veel neutrino's door ons en door de aarde heen die van de zon komen. Hoe weet men deze dan te onderscheiden van elkaar ? Zijn er bepaalde types neutrino's, zodat men weet waar deze vandaan komen als men er een detecteert ?

[RCS]

Er zijn inderdaad verschillende types neutrino's, en ze kunnen binnen een type bovendien nog verschillende energie hebben. Afhankelijk van type en energie zijn sommige neutrino's te zien met een richtingsgevoelige detector, dus je ziet dan gewoon uit welke richting ze komen.

[Ionize]

Een neutrino is een neutrino, daar zit geen naamkaartje aan. De richting van de neutrino's is bekend en door een bundel te sturen van vele neutrino's uit dezelfde richting kun je aannemen dat dat dezelfde zijn die op de andere plek zijn verzonden. Een blanco-meting van het achtergrondsignaal zal nagenoeg nul zijn.

[sixela]

Er zijn wel drie generaties (e-neutrino, muon-neutrino, tau-neutrino). Een naamkaartje hebben ze niet, maar wel een familienaam.

[tomkooij]

In de preprint van de paper waar het allemaal om gaat: http://static.arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf staat het beschreven:

CNGS events are preselected by requiring that they fall within a window of ± 20 μs with respect to the SPS kicker magnet trigger-signal, delayed by the neutrino time of flight assuming the speed of light and corrected for the various delays of the timing systems at CERN and OPERA. The relative fraction of cosmic-ray events accidentally falling in this window is 10-4, and it is therefore negligible

Mijn interpretatie: Ze voorspellen waarneer ze neutrino's van CERN moet zien langskomen door alleen events te selecteren die in een (toch nog groot!) interval rondom het verwachte tijdstip van aankomst (op basis van creatie+reistijd) plaatsvinden.

Wat in dit fragment niet vermeld wordt is de opzet van het OPERA experiment waarbij de detector gericht is op de bron @CERN. Daarom wordt er over Cosmic Ray events gesproken itt zon-neutrino's als mogelijke achtergrond ruis.

[EricB]

Duidelijk, op een ding na: hoe groot is een relatieve fractie van 10-4?

[lox665]

Hey bedankt voor de reactie, het is al een beetje duidelijker nu.

Op wiki had ik ook gelezen dat er verschillende soorten van neutrino detectoren zijn, zijn deze detectoren specifiec voor bepaalde neutrino's in de familie, of zijn het gewoon verschillende manieren om neutronen van dezelfde familie te detecteren ?

[Ionize]

Elke neutrino zal in het medium van de detector een "lichtflitsje" teweeg brengen. De neutrino's onderscheiden zich in mate van massa eV. Ik kan me voorstellen dat de meer energieke neutrino's een hoger signaal op de fotodiodes geven dan de zwakkere. Misschien dat ze op die manier zijn te onderscheiden.

[tomkooij]

Duidelijk, op een ding na: hoe groot is een relatieve fractie van 10-4?

O, een copy-paste-artefact (tm).

10e-4 (0.0001) is beter.


@Ionize: "elke neutrino zal in het medium..." is wat optimistisch. Er is soms (heel soms) een flitsje. De meeste van de neutrino's die in CERN worden gemaakt vliegen zonder interactie door OPERA heen.

Ik weet niet of het in OPERA lukt om de impuls van de neutrino's die interacties veroorzaken te meten, maar dat zal wel. Ze hebben een stapel loodplaten met daartussen detectoren. De impuls van neutrino's is tenminste niet heel erg klein i.t.t. de massa. (In vergelijking tot electronen, niet in vergelijking tot bakstenen). Ik kan me voorstellen dat die neutrino's die @CERN gemaakt worden van bijzonder hoge energie moeten zijn, om zinnig te meten met een dergelijk type dectector. In de loodplaten moeten tenminste electronen (waarschijnlijk muonen, gezien het OPERA instrument oscillaties tussen muon- en tau neutrino's meet) geproduceerd kunnen worden om die tussen de platen te detecteren. Maar eerlijk gezegd weet ik er niet het fijne van

[RCS]

Er zijn verschillende soorten neutrinodetectoren, die allemaal indirect werken. Een neutrino heeft onder andere energie, en een richting. De eerste soorten detectoren maakten alleen maar gebruik van de energie van een neutrino: als een neutrino de juiste energie heeft en van het juiste type is dan kan in een atoomkern een van de kerndeeltjes worden omgezet, en op deze manier maak je van 1 atoom van een element een ander element, met andere eigenschappen. In het eerste type neutrinodetector waar ik van op de hoogte ben was dit chloor dat omgezet werd in argon. Alle informatie over exacte energie en richting gaat verloren.

Je kan ook zoeken naar neutrino's die andere reacties teweeg brengen dan in de kern van een atoom. Wederom afhankelijk van de energie en type neutrino is het mogelijk deeltjes te maken die sterk afhankelijk zijn van de energie en de richting van het neutrino, denk aan een biljardbal die ander ballen in beweging brengt. Je ziet alleen de nieuw gemaakte deeltjes, en die zijn te detecteren als deeltje of als lichtflits die ze afgeven, de neutrino's zelf blijven nog steeds onzichtbaar.

Het probleem is dat er veel meer processen zijn die lichtflitsen geven, en veel meer van die detecteerbare deeltjes zijn. Je moet dus heel selectief te werk gaan, en een eenvoudige manier is om alleen te kijken op het tijdstip dat je neutrino's verwacht (er van uit gaande dat je weet hoe lang het duurt tussen de aankomst van een neutrino, het maken van de nieuwe deeltjes, en het detecteren van de nieuwe deeltjes).
De fractie van 10-4 (10 tot de macht -4) die genoemd wordt is 1 op 10000 of 0,01% en dat is een heel mooie selectie op de juiste deeltjes. Het is niet erg relevant denk ik omdat ze alsnog de tijdsdimensie gebruiken om het verschil in reistijd te meten, dus dan heb je die selectie vanzelf wel en zie je de fractie cosmic rays (die lichtflitsjes of valse detecties veroorzaken) in je metingen terug komen.