Borexino

Im Borexino Projekt wird die Streuung von Neutrinos an den Elektronen einer fluoreszierenden Flüssigkeit untersucht. Das Experiment wird im unterirdischen Gran Sasso Labor in Italien aufgebaut.

Es gibt 3 Arten von Neutrinos: Elektron-Neutrinos ν_e, Myon-Neutrinos ν_μ und Tau-Neutrinos ν_τ. Im Zentrum der Sonne entstehen ausschließlich Elektron-Neutrinos. Diese Elektron-Neutrinos haben zwei Möglichkeiten mit Elektronen zu streuen, nämlich über die sogenannte geladene und die neutrale Stromwechselwirkung. Neutrinos anderer Art, also Myon- oder Tau-Neutrinos können dagegen nur über die neutrale Stromwechselwirkung an Elektronen streuen. Elektron-Neutrinos streuen also häufiger an Elektronen als die anderen Arten.

Die Neutrinos benötigen etwa 499 Sekunden um vom Zentrum der Sonne zur Erde zu gelangen. Wenn die Neutrinos auf dem Weg zur Erde ihre Art ändern würden, man nennt diesen Effekt Neutrino-Oszillation, würde man in einem Streuexperiment, bei der Elektronen wie in Borexino die "Zielscheibe" darstellen, eine Ereignisrate messen, die vom erwarteten Wert abweicht. Nach dem oben erwähnten Sachverhalt ist klar, dass die Rate kleiner wäre als erwartet. Niedrigere Raten als erwartet hat man schon in früheren Experimenten (z.B. Gallex, GNO) gemessen! Ob dies aber wirklich auf eine Oszillation der Neutrinos zurückzuführen ist, ist noch nicht eindeutig klar.

Das Besondere an Borexino ist seine Empfindlichkeit selbst auf geringe Neutrinoenergien. Insbesondere können monoenergetische Neutrinos (E=862 keV) aus der wichtigen pp-Kette detektiert werden. Der Effekt von Neutrino-Oszillationen ist nämlich energieabhängig. Verwendet man eine Quelle die Neutrinos verschiedener Energien aussendet wird der Effekt "verwaschen". Dies ist bei Borexino eben nicht der Fall.

Sind Oszillationen tatsächlich die Ursache des solaren Neutrinorätsels, könnte die Häufigkeit der Signale dieser monoenergetischen Neutrinos einer jahreszeitlichen Fluktuation unterliegen. Dies liegt in der Exzentrität des Orbits der Erde um die Sonne begründet, mit der man die Phase der Oszillation kontinuierlich und jedes Jahr wiederholbar abtastet. Da diese Phase empfindlich von der Differenz der Neutrinomassen abhängt, wäre dieser Parameter mit Borexino sehr genau zu bestimmen. Ein weiterer Effekt, der nur auf Neutrinooszillationen zurückzuführen wäre, ist der Tag-Nacht Effekt. Quantenmechanische Berechnungen ergeben, daß sich ein gewisser Teil der oszillierten Neutrinos beim Durchgang durch die Erde, also nachts, wieder in Elektron-Neutrinos "regenerieren" könnte. Die Sonne könnte also im Neutrinolicht in Borexino nachts heller scheinen als am Tage!