Double Chooz

Logo des Experiments

Im Double-Chooz-Experiment wird die besondere Eigenart von Neutrinos untersucht, sich von einer Sorte in eine andere umzuwandeln (Neutrinooszillation). Das Experiment wird im Rahmen einer internationalen Kollaboration in Frankreich am Kernkraftwerk Chooz betrieben, in dem Antineutrinos in Kernprozessen in großer Zahl entstehen. Zur Bestimmung der Umwandlungswahrscheinlichkeit werden zwei identische Detektoren in unterschiedlichen Entfernungen zum Reaktor aufgebaut. Da Neutrinos eine sehr geringe Reaktionswahrscheinlichkeit haben, wird von 2009 an etwa 5 Jahre lang gemessen, um genügend Neutrinos nachzuweisen und die kleine Umwandlungswahrscheinlichkeit erstmals zu messen, oder Obergrenzen für diesen Prozess abzuleiten.

Konzept des Double-Chooz-Experiments

Der radioaktive Zerfall von Spaltprodukten im Kernreaktor liefert als Nebenprodukt Antielektronneutrinos, die in alle Richtungen fliegen. Einer von zwei Detektoren wird relativ nahe am Reaktor aufgestellt. Die Antineutrinos haben bis zum nahen Detektor noch nicht die Möglichkeit, sich in eine andere Sorte umzuwandeln. Der zweite Detektor ist dagegen in einem größeren Abstand platziert, in dem Umwandlungen wahrscheinlicher werden. Die Detektoren können ausschließlich die im Reaktor erzeugten Antielektronneutrinos messen. Misst man also im fernen Detektor weniger Neutrinos als durch die Abstandsverdünnung erwartet, kann man davon ausgehen, dass die Antielektronneutrinos sich teilweise in eine andere Sorte umgewandelt haben. Aus der Anzahl der Neutrinoereignisse im fernen Detektor im Vergleich zum nahen Detektor schließt man darauf, wie groß die Umwandlungswahrscheinlichkeit ist.

Oszillationswahrscheinlichkeit von Elektronantineutrinos

Detektorprinzip

Der Detektor besteht aus verschiedenen Teilen, die spezielle Aufgaben erfüllen. Im Innersten des Detektors sollen die Neutrinoreaktionen in einem Flüssigszintillator nachgewiesen werden. Dabei trifft ein Neutrino auf ein Proton und es entstehen ein Neutron und ein Positron (das Antiteilchen des Elektrons). Beide Reaktionsprodukte werden detektiert, um ein klar definiertes Neutrinosignal zu erhalten: Das Positron zerstrahlt zusammen mit einem Elektron aus der Umgebung und erzeugt damit zwei hochenergetische Photonen. Um das Neutron einzufangen, enthält der Szintillator Gadolinium. Dabei entstehen ebenfalls hochenergetische Photonen, die zeitlich etwas verzögert zum Positron-Signal auftreten. Im Flüssigszintillator der inneren zwei Volumina des Detektors wird die Energie der Photonen schrittweise umgewandelt, bis man am Ende sichtbares Licht erhält. Dieses Licht wird mithilfe von Photovervielfachern detektiert. Photovervielfacher sind Geräte, die einzelne Photonen im sichtbaren Bereich in ein elektrisches Signal umwandeln können. Der äußere Teil des Detektors dient zur Abschirmung von radioaktiver Strahlung aus der Umgebung. Das vierte Volumen wird zur aktiven Untergrundunterdrückung verwendet. Vor allem kosmische Myonen, die die Messung stören können, sollen in diesem Teil des Detektors erkannt werden.

Institute aus Deutschland

Neben zahlreichen anderen Instituten aus Frankreich, Spanien, England, Russland, USA und Japan sind auch vier deutsche Institute an Double Chooz beteiligt:

• Eberhard Karls Universität Tübingen
• Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg
• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Technische Universität München

Literatur

• M. Apollonio et al. Search for neutrino oscillations on a long base-line at the CHOOZ nuclear power station, Eur.Phys.J.C27:331-374,2003
• Proposal Double Chooz: A Search for the Neutrino Mixing Angle θ₁₃
• P. Huber et al. From double Chooz to triple Chooz — neutrino physics at the Chooz reactor complex

Weblinks

• Homepage des Projektes