2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Neutrinon, nyckeln till universums hemligheter? Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet.

En presentation över ämnet: "2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Neutrinon, nyckeln till universums hemligheter? Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet."— Presentationens avskrift:

1 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Neutrinon, nyckeln till universums hemligheter? Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Hulth@physto.se

2 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Från det allra minsta till det allra största Kvarkarna och leptonerna är de allra minsta beståndsdelarna av materiens vi känner till Kvarkarna och leptonerna är de allra minsta beståndsdelarna av materiens vi känner till Mindre än 0,000 000 000 000 000 001 m (10 -18 meter) Mindre än 0,000 000 000 000 000 001 m (10 -18 meter) ”Mikroskopet” har ”Mikroskopet” har en omkrets av 27 km.. en omkrets av 27 km.. CERN

3 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Från det allra minsta till det allra största Det största vi känner till är det synliga universums storlek. Det största vi känner till är det synliga universums storlek. Universum är ca 15 miljarder år gammalt. Universum är ca 15 miljarder år gammalt. En ljusstråle som startade i Big Bang har gått 15 miljarder ljusår dvs En ljusstråle som startade i Big Bang har gått 15 miljarder ljusår dvs 100 000 000 000 000 000 000 000 000 (10 26 ) 100 000 000 000 000 000 000 000 000 (10 26 ) meter meter

4 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Från det allra minsta till det allra största Förhållandet mellan det allra största och det allra minsta blir då: Förhållandet mellan det allra största och det allra minsta blir då: 1 00 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (10 44 ) 1 00 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (10 44 ) Stort men inte oändligheten……. Stort men inte oändligheten……. Inom astropartikelfysiken avänder vi det allra minsta för att studera det allra största och det allra största för att studera det allra minsta…. Inom astropartikelfysiken avänder vi det allra minsta för att studera det allra största och det allra största för att studera det allra minsta….

5 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Fysikfrågor idag Vad skapade Big Bang? Vad skapade Big Bang? Vad består den mörka materien som binder samman galaxerna av?? Vad består den mörka materien som binder samman galaxerna av?? Vad är den mörka energin? Vad är den mörka energin? Finns det liv i universum? Finns det liv i universum? Finns det gömda extra dimensioner? Finns det gömda extra dimensioner? Var kommer den kosmiska strålningen ifrån? Var kommer den kosmiska strålningen ifrån? Vad är “gammablixtar” (GRB)? Vad är “gammablixtar” (GRB)?

6 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Fysikfrågor idag Vad skapade Big Bang? Vad skapade Big Bang? Vad består den mörka materien som binder samman galaxerna av?? Vad består den mörka materien som binder samman galaxerna av?? Vad är den mörka energin? Vad är den mörka energin? Finns det liv i universum? Finns det liv i universum? Finns det gömda extra dimensioner? Finns det gömda extra dimensioner? Var kommer den kosmiska strålningen ifrån? Var kommer den kosmiska strålningen ifrån? Vad är “gammablixtar” (GRB)? Vad är “gammablixtar” (GRB)?

7 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Kort sammanfattning av neutrinofysik Det finns tre olika familjer av leptoner Det finns tre olika familjer av leptoner Elektronneutrino ( e ) och electronen (e - ) Elektronneutrino ( e ) och electronen (e - ) Myonneutrino (  ) och myonen    Myonneutrino (  ) och myonen    Tauneutrino (  ) och tauonen    Tauneutrino (  ) och tauonen    Neutrinerna kan passera enorma mängder materia utan att stoppas Neutrinerna kan passera enorma mängder materia utan att stoppas Tex kan en 1 MeV elektronneutrino passera 20 ljusår av solit bly innan den stoppas!!!!!!!!! Tex kan en 1 MeV elektronneutrino passera 20 ljusår av solit bly innan den stoppas!!!!!!!!!

8 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Några neutrinosiffror Solen skickar varje sekund ut 200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 neutriner (2*10 38 ) neutriner Solen skickar varje sekund ut 200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 neutriner (2*10 38 ) neutriner På Jorden har vi ca 40.000.000.000 neutriner/cm 2 /sekund På Jorden har vi ca 40.000.000.000 neutriner/cm 2 /sekund Från Big Bang finns det 330 miljoner neutriner /m 3 (Energi 0.0004 eV) i rummet (men bara en halv proton) Från Big Bang finns det 330 miljoner neutriner /m 3 (Energi 0.0004 eV) i rummet (men bara en halv proton) 340 miljoner neutriner bildas i vår kropp varje dag på grund av 40 K sönderfall. 340 miljoner neutriner bildas i vår kropp varje dag på grund av 40 K sönderfall.

9 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Neutriner från supenova När en stjärna exploderar utsänds energin till 99% i form av neutrino- strålning!!!!! När en stjärna exploderar utsänds energin till 99% i form av neutrino- strålning!!!!! En stjärna exploderade 1054 och bildade Krabbnebulosan En stjärna exploderade 1054 och bildade Krabbnebulosan

10 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Det behövs 20 ggr mer materia än vad som observeras!! Vad är det? “Mörk materia”

11 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Galaxers rotationshastighet Mörk materia!!!!!!!

12 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Mörk materia vad är det? Neutriner? Neutriner? Bruna dvärgar? Bruna dvärgar? Kalla gasmoln (väte)? Kalla gasmoln (väte)? Ny typ av materia? Ny typ av materia? Fel på Newton? Fel på Newton?

13 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Populäraste teorin En del av ”allt” men den dominerande delen ny typ av materia. En del av ”allt” men den dominerande delen ny typ av materia. S.k. Supersymmetriska partiklar som bildats i samband med Big Bang! S.k. Supersymmetriska partiklar som bildats i samband med Big Bang! Neutraliner. Neutraliner.

14 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet WIMPs från solen/jorden Sök efter ett överskott av neutriner från solen och jordens centrum.

15 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Kosmisk strålning Ca 100 myoner/m 2 sek proton myoner mesoner

16 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Kosmisk strålning Den kosmiska strålningen kan ha energier som vi idag inte vet hur man skapar. Vad är källan till dessa partiklar?

17 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Energier i kosmisk strålning De högsta observerade energierna i kosmisk strålning ligger i området 10 19 till 3*10 20 eV!! De högsta observerade energierna i kosmisk strålning ligger i området 10 19 till 3*10 20 eV!! Dvs. Upp till 50 Jule! Dvs. Upp till 50 Jule! Samma energi som en tennisboll från B.B!! Samma energi som en tennisboll från B.B!! Vad accelererar dessa partiklar? Vad accelererar dessa partiklar?

18 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet En möjlig kandidat för Kosmisk strålning

19 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Gammablixtar?!!! Kosmologiska källor!!!. Men vad är det??? Source 9 Billion light years away!

20 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

21 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Gammablixtar Kan vara farliga om de exploderar nära… Kan vara farliga om de exploderar nära…

22 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Neutrinoastronomi Neutriner kan färdas enorma sträckor och genom stora mängder materia utan att stoppas Neutriner kan färdas enorma sträckor och genom stora mängder materia utan att stoppas Neutriner förväntas bildas vid många olika kosmologiska källor (mörk materia, AGN, GRB…) Neutriner förväntas bildas vid många olika kosmologiska källor (mörk materia, AGN, GRB…) Neutrinon går opåverkat av universums magnetfält Neutrinon går opåverkat av universums magnetfält Ett helt nytt sätt att studera universum!! Ett helt nytt sätt att studera universum!! Bygg neutrino-teleskop!! Bygg neutrino-teleskop!!

23 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Neutrinofysik Vi har tre neutriner: Elektronneutrinon  e Myonneutrinon  Tauneutrinon  Exempel neutronsönderfall : neutron -> proton + e - + e

24 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Exempel på neutrinoreaktion   Muonen kan beroende på energin färdas många km

25 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet  n laddad partikel som färdas snabbare än ljushastigheten i mediet skapar en chockvåg av elektromagnetisk strålning (ljus) cos  n   v/c, n= brytningsindex  Exempel på Tjerenkovstrålning

26 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

27 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA detektorn Vi har tillsammans med amerikanska, belgiska och tyska fysiker byggt världens största neutrinoteleskop placerat vid Sydpolen, Antarktis. Vi har tillsammans med amerikanska, belgiska och tyska fysiker byggt världens största neutrinoteleskop placerat vid Sydpolen, Antarktis. http://www.physto.se/~amanda/ http://www.physto.se/~amanda/

28 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA detektorn vid Sydpolen Varför Sydpolen? En 3000 meter tjock glaciär En året runt bas med all infrastruktur Inga fiskar

29 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA

30 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet South Pole

31 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

32 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

33 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

34 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet neutrino myon

35 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet neutrino myon 10 6 muons from cosmic rays/muon from neutrinos !!!!

36 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet varmvattenvärmare -55 C -25 C -2300 m -50 m

37 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

38 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

39 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Montering av ljusdetektor vid hålet

40 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet -840 m

41 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA-II Feb. 00 AMANDA-II Feb. 00

42 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

43 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Två neutrino event i AMANDA-II teleskopet

44 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Simulated muon

45 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA Event Signatures: Muons CC muon neutrino interactions  Muon tracks  + N   + X DATA

46 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Eva event Eva event

47 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA-B10 punktkällor * Average over declination given in astro- ph/0002492 *

48 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA-II “Online analysis” 4.5 atmospheric  candidates / day The Stockholm model

49 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Summering av AMANDA Världens största neutrinoteleskop Världens största neutrinoteleskop Tekniken fungerar!! Tekniken fungerar!! Vi observerar 4-5 neutrinoreaktioner/dag Vi observerar 4-5 neutrinoreaktioner/dag Hittills har vi bara analyserat färdigt data från 1997. Hittills har vi bara analyserat färdigt data från 1997. Analys av 1998,1999,2000,2001 pågår parallellt. Analys av 1998,1999,2000,2001 pågår parallellt.

50 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA detektorn är värdens största neutrinoteleskop och vi analyserar nu data. Men den är för liten!! Framtiden IceCube

51 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet IceCube:Top View AMANDA SPASE-2 South Pole Dome Skiway 100 m Grid North Counting House 80 strings 60 modules/string Volume 1 km 3 Depth 1400-2400 m

52 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet IceCube 80 Strings 4800 PMT 1400 m 2400 m AMANDA South Pole IceTop Skiway

53 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet µ-events in IceCube 1 km E µ =10 TeV E µ =6 PeV

54 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Cascade event E = 375 TeV Räckvidden för elektronen endast ett 10- tal meter. 1 PeV ≈ 500 m diameter Kalorimeter e + N --> e - + X

55 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet  + N -->  - + X  + X E << 1 PeV: Single cascade (2 cascades coincide) E ≈ 1 PeV: Double bang E >> 1 PeV: Second cascade + tau track “Double Bang”

56 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet IceCube deployment schedule

57 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet AMANDA/IceCube Vi har nu ett fungerande neutrinotelskop vid Sydpolen. Vi har nu ett fungerande neutrinotelskop vid Sydpolen. Första resultaten på väg. Första resultaten på väg. IceCube kommer att ytterligare förbättra vår känslighet i framtiden. IceCube kommer att ytterligare förbättra vår känslighet i framtiden. Mycket spännande att titta ut i det okända! Mycket spännande att titta ut i det okända! Fysikum, Stockholms universitet i främsta linjen! Fysikum, Stockholms universitet i främsta linjen!

58 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

59 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Mats Pettersson Gymnasielärare från Angereds gymnasium Göteborg vid sydpolen 14 november 2001

60 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

61 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

62 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

63 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

64 2002-09-26 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet