PHYSIK: Was wiegt ein Neutrino?

[Webmaster]

Milliarden von Neutrinos durchdringen in jeder Sekunde die Erde, doch welche Masse diese Teilchen haben, ist bislang nicht bekannt. Das Weltbild der Physik kommt ohne diese Elementarteilchen allerdings nicht aus. Kein Wunder, dass man mit viel Energie daran arbeitet, die Neutrinomasse zu bestimmen. Unter anderem auch an deutschen Universitäten.

mehr: http://www.astronews.com/news/artikel/2005/07/0507-008.shtml (http://www.astronews.com/news/artikel/2005/07/0507-008.shtml)

[Sky Darmos]

Hallo an alle Neutrinointeressierten,

Irgendwie verstehe ich immernoch nicht so ganz wie die Neutrinos hätten keine Masse haben konnen. Sie gehören ja den drei Teilchenfamilien an und da unterscheiden sich die Teilchen eben nur durch ihre Massen. Ist doch also kein Wunder dass Neutrinos Masse haben. Etwas verwirrend finde ich dass ihre Ladungen (schwache Ladungen) übereinstimmen sollen, und ebenso die Spins. Da frag ich mich wie die sich so unterschiedlich verhalten können - schließlich sollten sich Elementarteilchen nur durch Masse, Ladung und Spin unterscheinden.

Gruß,
Sky.

[Lamm]

Elektronen, Protonen und Neutronen sind Elementarteilchen.
Das Neutrino ist 1938 entdeckt worden und auch nicht als Elementarteilchen definiert.
Atomphysik hat noch keine antwort auf die Frage "was ist ein neutrino?"
Gruß Lamm

[Zap]

Elektronen, Protonen und Neutronen sind Elementarteilchen.
Das Neutrino ist 1938 entdeckt worden und auch nicht als Elementarteilchen definiert.
Atomphysik hat noch keine antwort auf die Frage "was ist ein neutrino?"
Gruß Lamm
Hier ist so alles falsch, was nur falsch sein kann. Protonen und Neutronen sind natuerlich keine Elementarteilchen, weil sie eine Substruktur besitzen. Versucht man sie im sogenannten Konstituentenquarkmodell zu beschreiben, bestehen beide Teilchen aus jeweils 3 Quarks. Das Neutrino ist natuerlich ein Elementarteilchen und gehoert zur Familie der Leptonen und hat seinen Platz im sogenannten Standardmodell. Seine Existenz wurde erstmals 1930 von Wolfgang Pauli postuliert. Denn er beobachtete beim Beta-Zerfall ein Spektrum, welches er nur mit einem weiteren am Zerfall beteiligten Teilchen erklaeren konnte. 1956 konnte allerdings erst der direkte Nachweis von Neutrinos durch Clyde L. Cowan und Frederick Reines erbracht werden. Die Atomphysik will im uebrigen auch nicht die Frage beantworten, was ein Neutrino ist. Der Atomphysik ist die Existenz eines Neutros voellig Schnuppe. Die Physik, die sich mit diesen Biestern beschaeftig ist die Kern- bzw. Teilchenphysik.

Gruss,

Zap

[Iwona]

Wenn Neutrinos eine Masse hätten ( sogar so kleine, dass wir uns jetzt überlegen ob überhaupt irgendwelche gibt) würden wir die fehlende Masse der Universum finden, deren Teil zu der Materie gehört, die wir sehen und auch zur dunklen Materie. Es gibt aber sehr viele von diesen Teilchen - Miliarden von ihnen durchdringen in jeden Sekunde die Erde ( was schon Webmaster erwähnt hat), auch unseren Körper. Es ist aber schwer zu entdecken, denn diese Teilchen reagieren kaum mit Materie. Aber wenn sie doch eine Masse haben, dann könnte das Universum nicht unendlich expandieren.

[Sky Darmos]

Wenn Neutrinos eine Masse hätten ( sogar so kleine, dass wir uns jetzt überlegen ob überhaupt irgendwelche gibt) würden wir die fehlende Masse der Universum finden, deren Teil zu der Materie gehört, die wir sehen und auch zur dunklen Materie..

Nein, die Massenobergrenze für die verschiedenen Neutrinosorten, erlaubt es nicht durch sie die Dunkle Materie zu erklären.

[Sanctitas]

Hallo,

In diesem Thread steht viel falsches und einiges richtiges.

Also: In Experimenten sind inzwischen sehr viele Teilchen nachgewiesen worden (am DESY, CERN, SLAC, oder sonstwo). Es existiert heute ein sogenannter "Teilchenzoo". Man weiß von Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen, die möglich sind, und von Wechselwirkungen, die nicht geschehen. Man hat keine Ahnung, warum die elektrische Elementarladung ihren Wert hat, warum das Elektron genau seine Ruhemasse hat, warum das Proton soviel schwerer ist, etc. pp.

Die Theoretiker lieben Symmetrie-Überlegungen (links-rechts, davor-danach, vorwärts-rückwärts, ...) und versuchen damit, den Teilchen-Zoo irgendwie zu ordnen. Es gibt viele Erfolge, aber noch mehr Rätsel.

Sie sind auf der Suche nach einer einfachen Erklärung aller dieser Fragen (die Suche nach der sogenannten "Weltformel"). Eine moderne Theorie ist zur Zeit die Stringtheorie (hier werden Teilchen nicht als "Bälle", sondern als mehrdimensionale "Gummiringe" angesehen).

In diesem Teilchen-Zoo fand man so ziemlich als erstes das Elektron als Träger der elektrostatischen Ladung (vgl. Millikan, Tröpfchenversuch). Heute gehört es zur Familie der Leptonen. Denn es gibt insgesamt drei Leptonen (das Elektron ist eines davon, das leichteste).

Seit der Entdeckung der schwachen Wechselwirkung (radioaktiver Zerfall) weiß man, dass es das Neutrinos gibt, ein Teilchen ohne Ruhemasse und ohne elektrostatische Ladung.

Na ja, es gibt ja drei verschiedene Leptonen, also gibt es auch drei verschiedene Neutrino-Typen.

Und dann entdeckte man, dass es (beinahe) zu allen Teilchen auch noch Anti-Teilchen gibt (das Anti-Elektron nennt man auch Positron), also auch noch drei Anti-Neutrinos.

So, jetzt haben wir schon 12 Mitglieder der Leptonen-Familie.
Das "Neutrino", von dem alle im allgemeinen sprechen, ist eigentlich ein "Anti-Elektronen-Neutrino".
Hoffentlich vermeldet nicht eines Tages ein Experimentalphysiker die Existenz eines weiteren Leptons ... *g*

Es gibt eine riesige Liste von Wechselwirkungen zwischen Teilchen, die beoabachtet wurden. Viele andere - teilweise erwartete - Reaktionen dagegen bleiben aus.

Das lässt sich heute im sogenannten "Standardmodell" durch Eigenschaften beschreiben, die Teilchen haben - oder nicht. Bei Wechselwirkungen (die beobachtbar sind) geht es um diese Eigenschaften und um Erhaltungssätze (die Eigenschaft und ihre Menge davon kann durch die Wechselwirkung nicht verschwinden oder aus dem Nichts erzeugt werden).

Diese Eigenschaften nennt man Ladungen oder Spin oder Farbe oder Geschmack - das ist historisch bedingt oder Sprachkreation der Physiker (z.B. kann ein Quark charmed mit Spin up sein und den Geschmack rot haben).

Es gibt (neben Ruhemasse und Spin) also nicht nur die elektrostatische Ladung als Eigenschaft eines Teilchens.

Wenn wir von Masse sprechen, meinen wir Ruhemasse. Ein Teilchen ohne Ruhemasse (also Null) - wie das Photon - muss sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Das Photon ist der Vermittler der elektromagnetischen Kraft.

Hätte das Photon doch eine Ruhemasse, so müsste es sich langsamer fortbewegen, und die elektromagnetische Kraft hätte eine endliche Reichweite (wäre also irgendwo zu Ende).

Die messbare Masse eines Teilchen (bzw. nach E = mc² dessen Energie) setzt sich zusammen aus Ruhemasse und kinetischer Energie.

Nach heutigem Wissensstand gilt folgende Aussage: Das Neutrino hat die Ruhemasse Null. Sollte sie doch größer als Null sein, dann ist sie geringer als unsere Messgenauigkeit feststellen kann.

Dass Neutrinos mit Materie kaum reagieren, liegt an ihrem geringen Wirkungsquerschnitt, d.h. an der sehr geringen Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung. Man bedenke, dass auch die Erde aus Atomen besteht, die wiederum im wesentlichen leeren Raum darstellen.

Das Neutrino trägt keine elektrostatische Ladung, kann also auch nicht auf elektromagnetische Felder reagieren. Im leeren Raum ist es also schon sehr schwer, ein anderes Teilchen zu treffen. Wenn es dann ein anderes Teilchen trifft (z.B. ein Proton oder Neutron), dann müsste ein dem radioaktiven Zerfall umgedrehter Prozess erfolgen. Es wird also außerdem ein einschlagendes Elektron benötigt (extrem unwahrscheinlich), oder aus der Aufschlagenergie muss ein Elektron-Positron-Paar erzeugt werden. Man beginnt jetzt zu verstehn, warum Neutrinos so glatt durch die Erde gehen ...

[Zap]

Naja, das meiste ist richtig oder kann so stehen gelassen werden. Allerdings gibt es noch ein paar Punkte, die zu korrigieren bzw. zu ergaenzen sind.



Sie sind auf der Suche nach einer einfachen Erklärung aller dieser Fragen (die Suche nach der sogenannten "Weltformel"). Eine moderne Theorie ist zur Zeit die Stringtheorie (hier werden Teilchen nicht als "Bälle", sondern als mehrdimensionale "Gummiringe" angesehen).
Diese Theorien versuchen zwar die allg. Relativitaetstheorie und die Quantenfeldtheorie zusammenzufassen und je nach verwendeter Stringtheorie fallen mal mehr mal weniger selbstverstaendlich einige Elementarteilchen ab, aber sie schaffen es bisher nicht, auch nur eine Observable im Bereich der Teilchenphysik zu liefern.
Die "normale" Teilchenphysik sieht Elementarteilchen auch nicht als "Baelle", sondern als Punktteilchen. Der Wirkungsquerschnitt ist zwar von der Messgroesse her eine Flaeche und gibt im Endeffekt die Wahrscheinlichkeit fuer eine Reaktion an. Trotzdem ist das Bild, sich die Teilchen als Baelle vorzustellen falsch.



Seit der Entdeckung der schwachen Wechselwirkung (radioaktiver Zerfall) weiß man, dass es das Neutrinos gibt, ein Teilchen ohne Ruhemasse und ohne elektrostatische Ladung.
Nicht jeglicher radioaktiver Zerfall unterliegt der schwachen Wechselwirkung. Der Alpha-Zerfall tut es zum Beispiel nicht. Wir reden hier in der Regel allerdings vom Beta-Zerfall. Und der unterliegt der schwachen WW. Zudem konnte man bei der Entdeckung des Neutrinos absolut nichts zu seiner Ruhemasse sagen. Im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik wurde in den Massenthermen der Teilchen die Ruhemasse des Neutrinos willkuerlich auf 0 gesetzt. Damit macht man allerdings, wie man heute weiss, einen kleinen Fehler. Somit ist das Standardmodell nicht vollstaendig und benoetigt eine kleine Ergaenzung.



So, jetzt haben wir schon 12 Mitglieder der Leptonen-Familie.
Das "Neutrino", von dem alle im allgemeinen sprechen, ist eigentlich ein "Anti-Elektronen-Neutrino".
Hoffentlich vermeldet nicht eines Tages ein Experimentalphysiker die Existenz eines weiteren Leptons ... *g*
Ausschliessen kann man natuerlich nichts. Aber am CERN hat man die Anzahl der Neutrinos mit einer Masse (jetzt nicht Ruhemasse) unterhalb des Z-Bosons (91,2 GeV/c²) zu genau 3 bestimmt.



Nach heutigem Wissensstand gilt folgende Aussage: Das Neutrino hat die Ruhemasse Null. Sollte sie doch größer als Null sein, dann ist sie geringer als unsere Messgenauigkeit feststellen kann.
Nach heutigem Wissensstand haben Neutrinos eine Ruhemasse. Ansonsten haette man keine Moeglichkeit, die beobachteten Neutrinooszillationen zu erklaeren. Man kann noch keine genaue Masse angeben, aber sogenannte Obergrenzen. Die Particle Data Group gibt aktuell fuer das Elektron-Neutrino eine Obergrenze von 3 eV/c² an.



Dass Neutrinos mit Materie kaum reagieren, liegt an ihrem geringen Wirkungsquerschnitt, d.h. an der sehr geringen Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung. Man bedenke, dass auch die Erde aus Atomen besteht, die wiederum im wesentlichen leeren Raum darstellen.
Naja, es liegt hauptsaechlich daran, dass die Biester nur der schwachen Wechselwirkung unterliegen.



Das Neutrino trägt keine elektrostatische Ladung, kann also auch nicht auf elektromagnetische Felder reagieren. Im leeren Raum ist es also schon sehr schwer, ein anderes Teilchen zu treffen. Wenn es dann ein anderes Teilchen trifft (z.B. ein Proton oder Neutron), dann müsste ein dem radioaktiven Zerfall umgedrehter Prozess erfolgen. Es wird also außerdem ein einschlagendes Elektron benötigt (extrem unwahrscheinlich), oder aus der Aufschlagenergie muss ein Elektron-Positron-Paar erzeugt werden. Man beginnt jetzt zu verstehn, warum Neutrinos so glatt durch die Erde gehen ...
Das ist auch nicht so richtig. Als Beispiel moechte ich den inversen Beta-Zerfall anfuehren. Dort "trifft" ein Elektron-Anti-Neutrino ein Proton, welches darauf in ein Neutron und einem Elektron zerfaellt. Weitere Teilchen sind nicht noetig (jedenfalls nicht, wenn man das Proton nicht weiter aufschluesselt) und alle Erhaltungssaetze sind erfuellt.
Die kleine Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutrino ueberhaupt mit etwas reagiert, liegt an der grossen Masse und damit der kurzen Reichweite der in der schwachen WW vorkommenden Eich-Bosonen. Diese liegen in dem Fall alle ueber 80 GeV/c² (W-Boson).

Gruss,

Zap

[Sky Darmos]

Das "Neutrino", von dem alle im allgemeinen sprechen, ist eigentlich ein "Anti-Elektronen-Neutrino".

Nein, ein Neutrino ist ein Elektron-Neutrino. Ein Anti-Elektron-Neutrino ist ein Anti-Neutrino. Analog gibt es noch Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos.

[Zap]

Nein, ein Neutrino ist ein Elektron-Neutrino. Ein Anti-Elektron-Neutrino ist ein Anti-Neutrino. Analog gibt es noch Myon-Neutrinos und Tau-Neutrinos.
Diese Aussage verstehe ich nicht. Ein Neutrino ist entweder ein Elekton-Neutrino, ein Myon-Neutrino, ein Tau-Neutrino oder ein Anti-Elektron-Neutrino, ein Anti-Myon-Neutrino oder ein Anti-Tau-Neutrino.
Jedenfalls ist ein Neutrino nicht automatisch ein Elektron-Neutrino.
Wenn man was neues in die Diskussion bringen moechte, haette man jetzt vielleicht sagen koennen, dass es ein Indiz gibt, dass das Neutrino sein eigenes Anti-Teilchen sein koennte. Aber das ist erstmal noch rein spekulativ.

Gruss,

Zap

[Sky Darmos]

Jedenfalls ist ein Neutrino nicht automatisch ein Elektron-Neutrino.

Klar, nicht. Aber wenn man Neutrino ohne einen Zusatz sagt, meint man gewöhnlich ein Elektron-Neutrino. Ist nur der Bequemlichkeit wegen so.

[Zap]

Klar, nicht. Aber wenn man Neutrino ohne einen Zusatz sagt, meint man gewöhnlich ein Elektron-Neutrino. Ist nur der Bequemlichkeit wegen so.
Wenn man nur von einem Neutrino spricht, legt man sich nicht auf einen expliziten Vertreter dieser Gruppe fest. Auch nicht aus Bequemlichkeit, weil es einen angeblichen allgemeinen Konsenz geben wuerde. Diesen gibt es naemlich definitiv nicht.

Gruss,

Zap

[Sky Darmos]

Finde es auch nicht richtig. Denke aber schon dass es gelegendlich so ist. Jedenfalls wird manchmal von Neutrinos die rede, und dabei ist vollkommen klar dass es sich um Elektron-Neutrinos handelt. Einfach aufgrund des Zerfalls. Aber das ist ja auch egal, da ich eh Elektron-Neutrino sage, wenn ich es meine.

[mierscheid]

Ich habe eine Frage zu Katrin einer Neutrinowaage, die der Webmaster in seinem Eingangspost unter dem Link dort erwähnt:

http://www.astronews.com/forum/showpost.php?p=2402&postcount=1

Warum ich den Uraltthread wieder aktiviere ist, dass nirdendwo sonst hier im Forum Katrin erwähnt wird. Ich gehe jetzt mal davon aus, daß Neutrinos eine Masse haben, so wie im Link: http://www.weltderphysik.de/de/5083.php dargestellt.
In den bisherigen Versuchen hat man festgestellt, dass die Obergrenze für die Ruhemasse des Elektron-Neutrinos 2,3eV ist, also das Neutrino weniger als 2,3eV hat. Katrin soll die Genauigkeit bis 0,2eV verfeinern. Leider hat sich das Katrinexperiment genau wie das LHC verzögert und soll erst ab 2009 beginnen.

Meine Frage ist nun (falls man im Bereich bis 0,2eV etwas findet) ,ob man sich sicher sein kann, nur ein Teilchen(Neutrino) zu finden? Anders ausgedrückt, warum erwartet man genau ein Neutrino zu finden, und nicht z.B. 2 Neutrinos z.B. bei 0,5eV und 1,2eV? Vielleicht ist meine Frage auch zu naiv, dann wäre ich für einen Hinweis dankbar. Die Frage ist doch auch, wenn ich ein Neutrino, sagen wir bei 0,3eV finde, brauche ich dann nicht weiter zu suchen?

Fall wieder erwarten zu dem Thema schon gepostet wurde, bitte ich das zu entschuldigen.

[mierscheid]

Wahrscheinlich muß man hier nur schwachsinnige Theorien von Rössler verbreiten, um eine Antwort zu bekommen.
Na denn Prost allerseits
Rülps:mad:

[Ich]

Sorry, hast ja recht.
Wenn ich richtig informiert bin, erwartet man alle Neutrinomassen im Bereich <0,3 eV.
Wenn die Kollegen aber darauf achten, nur ein bestimmtes Neutrino zu erzeugen, dann ist nicht zu erwarten, dass sie auch noch andere finden.

[mierscheid]

Das war auch in etwa so meine Idee dazu

[Sheela3004]

Zitat von Ich

Wenn ich richtig informiert bin, erwartet man alle Neutrinomassen im Bereich <0,3 eV

Das erwarten nur diejenigen, die glauben Neutrinos tragen nicht wesentlich zur Masse des Universums bei.
Katrin soll klären, ob die Neutrinomasse eine Rolle für das Universum spielt.

@mierscheid
Katrin kann aufgrund seines Aufbaus nichts über über mehrere "mögliche" Teilchen aussagen.

[Ich]

Das erwarten nur diejenigen, die glauben Neutrinos tragen nicht wesentlich zur Masse des Universums bei.
Ja. Nur die. :rolleyes:

[Sheela3004]

Was der user mierscheid http://www.astronews.com/forum/showpost.php?p=38632&postcount=14 fragt, habe ich Prof. Dr. Christian Weinheimer einem der Leiter von Katrin in einer Email gefagt. Offensichtlich sucht man tatsächlich 3 Neutrinomassen aber:

Zitat von Prof. Dr. Christian Weinheimer 18.06.2008

von verschiedenen Neutrinooszillationsexperimenten wissen wir, dass Neutrinos Masse besitzen muessen, nur kennen wir die Masse nicht.
Was wir aber von den Oszillationsexperimenten kennen, sind Differenzen zwischen quadratischen Neutrinomassenwerten (z.B. m2^2-m1^2), die sehr klein sind (etwa 2.5E-3eV^2 und 8E-5eV^2). Wenn wir also bei KATRIN eine Neutrinomasse im Bereich oberhalb von 0.2eV finden wuerden, waeren es in der Tat 3 Neutrinomassen, die aber alle so aehnlich gross sind, dass wir die Massenunterschiede nicht aufloesen koennten (z.B. 0.2999eV, 0.3000 eV und 0.03040 eV). Leider wird KATRIN erst in 2010 beginnen.
Gruß Christian Göpfert

[mierscheid]

Danke für die Antworten

Wenn mir auch der Rössler und Co Thread auf die Nerven gegangen ist.
Gut dass die nicht auch noch das gelesen haben:
http://www.oe24.at/zeitung/wissen/article230878.ece :mad:

[Orbit]

Wenn mir auch der Rössler und Co Thread auf die Nerven gegangen ist.
Das wissen wir bereits von Dir. Der Thread, der für Dich ein rotes Tuch zu sein scheint, war in den vergangenen zwei Wochen mit Abstand der Erfolgreichste: 400 Hits pro Tag. Und ich habe viel gelernt. Hab vorher noch nie von diesen Bedenken gehört. Und auf dem einfältigen Niveau des Beitrags aus Deinem Link wurde dort, was das eigentliche Thema betrifft, nicht diskutiert.
Kurz: Du nervst mich auch.
Orbit

[mierscheid]

Ich habe hier bei meinem ersten Post zur Antwort gekriegt:

Herr mierscheid, haben sie auch eine Scheide, sie Klingen ja nach Scheide... und wo soll ich denn meine "Klinge" sonst reinstecken?
Ich bin es gewohnt, dass man mich nicht mag.

Wahrscheinlich krieg ich jetzt vom Webmaster wieder eine Ermahnung, ich solle durch meine Posts die Situation nicht noch verschärfen.

Wenn ich wieder mal eine Frage habe, werde ich dir Frage im Forum stellen. Es ist mir jetzt schon völlig egal, wer mich dann nicht mag.

[Orbit]

Wenn ich wieder mal eine Frage habe, werde ich dir Frage im Forum stellen.
Das ist OK; aber Du solltest nicht meinen, Deine Fragen noch mit irgendwelchen Seitenhieben garnieren zu müssen.

[mierscheid]

Danke für den Maulkorb. Herrr Moderator.

[Sheela3004]

Dieses Forum hat keine Moderatoren, außer natürlich dem Webmaster.