Neutrino s. De meest ongrijpbare deeltjes uit de natuur gedecteerd!

Transcriptie

1 Neutrino s De meest ongrijpbare deeltjes uit de natuur gedecteerd! Katrien Baeten - Eric Van der Veeken - Bram Vermeulen - Rita Van Peteghem Sint-Lievenscollege Antwerpen Belgium

2 Deze presentatie maakt deel uit van een reeks presentaties die leerlingen 5 de jaar van het Sint-Lievenscollege uit Antwerpen maakten over neutrino s. Zij deden dit onder leiding van Rita Van Peteghem, hun lerares fysica. Zij deelden de opgedane kennis met hun leerlingen-collega s uit verscheidene Europese landen binnen het kader van een Comeniusproject.

3 Neutrinodetectoren op de Zuidpool AMANDA en ICECUBE Bram Vermeulen - Rita Van Peteghem Sint-Lievenscollege Antwerpen Belgium

4 Wij kunnen objecten uit de ruimte waarnemen die met het blote oog niet zichtbaar zijn. Infrarode straling of X-straling geven bijvoorbeeld al een heel ander beeld dan zichtbaar licht.

5 Neutrinodetectoren of een neutrinotelescoop Met een neutrinotelescoop krijgen wetenschappers de mogelijkheid om bv. in het hart van een sterrenstelsel te kijken, of om informatie te bekomen over het begin van het heelal.

6 Neutrino s interageren erg zwak met andere materiedeeltjes. Zij worden ook niet beïnvloed door magnetische velden. Iedere seconde flitsen er minstens dertig triljard door ons lichaam. Maar in een volledig mensenleven zal slechts één interactie plaatsvinden.

7 Neutrino s vormen fantastisch gereedschap bij astronomisch onderzoek. Neutrino s interageren bijna niet. Daardoor komen ze zonder noemenswaardige beïnvloeding tot bij ons.

8 Een internationale groep natuurkundigen zijn werkzaam aan de grootste neutrinodetector ooit gebouwd: the Antartic Muon And Neutrino Detector Array, de AMANDA, op Antartica

9 - Maar AMANDA is slechts het prototype voor het ultieme, toekomstige neutrino-observatorium - ICECUBE, de grote broer van AMANDA, zal over enkele jaren gereed zijn, men is nu aan de opbouw bezig - ICECUBE is het resultaat van internationale samenwerking tussen Belgische, Duitse, Zweedse en Amerikaanse natuurkundigen en astronomen

10 Een groot volume aan detectormateriaal is nodig om de kans op interactie (en detectie) voldoende groot te maken. Immers: Neutrino s zijn enkel gevoelig voor de zwakke wisselwerking. 1 km 1 km 1 km

11 Een volume water diep in de oceaan zou eventueel ook als detectormateriaal kunnen gebruikt worden

12 Op Antarctica bouwen biedt voordelen: - in het ijs als detectormateriaal is geen storend achtergrondlicht - veilig en relatief goed bereikbaar - aan het oppervlak van het ijs kan redelijk gemakkelijk een laboratorium worden ingericht

13 Bedoeling van het onderzoek op de Zuidpool: - bijna ongrijpbare neutrino s detecteren - via deze neutrino s informatie bekomen over extreme gebeurtenissen aan de randen van ons heelal of in de kern van zwarte gaten

14 De aarde als filter! zodat men enkel hoogenergetische neutrino s uit de ruimte detecteert voor de noordelijke hemisfeer want in de dampkring worden ook muonen gevormd vanuit kosmische straling

15 Detectorprincipe : Wanneer een muon-neutrino botst met een kerndeeltje uit het ijs (proton of neutron) ontstaat er een muon. Atoomkern

16 Er zijn 3 soorten neutrino s (en hun antideeltjes): - elektron-neutrino s - muon-neutrino s - tau-neutrino s e Elektron-neutrino s treden op bij reacties waarbij elektronen betrokken zijn e n p e p n Muon-neutrino s treden op bij reacties waarbij muonen betrokken zijn Tau-neutrino s treden op bij reacties waarbij tau-deeltjes betrokken zijn n p n p e p n e p n Muonen en tau-deeltjes zijn deeltjes met gelijkaardige eigenschappen als een elektron, maar ze zijn zwaarder en niet stabiel (dus slechts kortlevend)

17 Detectorprincipe : AMANDA zoekt enkel naar muonen en anti-muonen! Wanneer een muon-neutrino botst met een neutron uit het ijs ontstaat er een muon. Wanneer een anti-muon-neutrino botst met een proton uit het ijs ontstaat er een anti-muon. n p p n Opm. : In het ijs zijn veel protonen aanwezig! Want bij de watermoleculen (H 2 O) zijn twee van de drie atoomkernen protonen.

18 Dit muon produceert in transparant materiaal een lichtkegel (Cherenkovlicht) bij zijn beweging doorheen het ijs. Deze lichtkegel wordt waargenomen door optische sensoren.

19 Een gelijkaardig fenomeen ontstaat wanneer een eend of een boot een snelheid heeft, groter dan de snelheid van het stromende water Cherenkov Straling? Een straal van Cherenkov licht ontstaat wanneer een deeltje beweegt met een snelheid, groter dan de lichtsnelheid in dat medium Cherenkovlight wavefront sin c c 0 v n c 0 =speed of light in vacuum Een gelijkaardig fenomeen (een schokgolf) ontstaat wanneer een vliegtuig een grotere snelheid heeft dan de geluidssnelheid in de lucht 1 v

20 De orientatie van de lichtkegel vertelt ons van welke richting het muon en ook het muon-neutrino oorspronkelijk kwam.

21 Optische sensoren werden ingevroren in het ijs om het voorbijkomen van lichtkegeltjes om te zetten in elektrische signalen

22 Die elektrische signalen worden in de sensor een miljard keer versterkt en door een kabel naar de oppervlakte gestuurd.

23 Bovengrondse controleapparatuur verwerkt de meetsignalen en plaatst ze op internet om door medewerkers over heel de wereld verder geanalyseerd te worden.

24 Tijdens de bouw van dit project werden enkele mooie taferelen waargenomen.

25 - Er moest in het ijs geboord worden om een gat te maken in het ijs. - De detectieapparatuur en alle andere meetapparaten en camera s werden dan in het boorgat gebracht met behulp van zware massa s eronder. - Daarna moest er worden gewacht tot het gat was ingevroren.

26 - De boor bestond uit een gladde kogel, waarbij uit de neus warm water stroomt. - De kogel smolt zichzelf zo door het ijs, met als drijvende kracht zijn eigen gewicht. - Met een centimeter per seconde zakte het apparaat en werd er 2 kilometer geboord in 4 dagen.

27 Tonnen elektrisch materieel, bouw en boormaterialen zijn voor Amanda naar de Zuidpool vervoerd. Het meeste ging met een transportvliegtuig, zware spullen per schip.

28 ICECUBE is een telescoop in opbouw op de Zuidpool. Zoals zijn voorganger Amanda zal ICECUBE zoeken naar neutrino s. ICECUBE is heel wat groter dan Amanda.

29 Een vergelijking met de Eiffeltoren toont hoe reusachtig ICECUBE zal zijn.

30 Zullen hiermee alle vragen opgelost raken?

31 We willen prof. Francis Halzen, directeur van het project, bedanken voor de informatie die we van hem kregen! En we willen jullie bedanken voor de aandacht! schooljaar