Die Neutrinoquelle ISIS
If You prefer the english version,
click 
here!
Bilder zum Downloaden
'Beam Stop' Neutrinos
Ein Tantal/Schwerwasser-Target wird mit 800 MeV Protonen aus dem ISIS
Synchrotron beschossen. Durch die Wechselwirkung dieser hochenergetischen
Protonen im Target werden neben Neutronen auch eine Vielzahl von Pionen
erzeugt. Die neutralen Pionen zerfallen in 2 Gammaquanten und tragen somit
nicht zur Neutrinoproduktion bei. Geladene Pionen werden sehr schnell (etwa in
einer Mikrosekunde) im Targetmaterial gestoppt, so daß nur ein
tausendstel der Pionen im Flug zerfällt. Die negativen Pionen werden dann
von Kernen absorbiert. Somit bildet allein der Zerfall positiver Pionen die
Quelle für 'Beam Stop' Neutrinos: Myon-Neutrinos, Elektron-Neutrinos und
Myon-Antineutrinos. Da diese Neutrinos in einer Zerfallskette erzeugt werden,
ist der Fluß für alle drei Neutrinoarten exakt gleich.
Zeitstruktur der Neutrinos
Durch ihre einzigartige Zeitstruktur hebt sich die ISIS Neutrinoquelle von
allen anderen Neutrinoquellen ab. Das Synchrotron erzeugt die hochenergetischen
Protonen in einer Wiederholungsrate von 50 Hz in je zwei 100 ns breiten
Pulsen, die zeitlich 330 ns voneinander getrennt sind. Wegen der kurzen
Lebenszeit der positiven Pionen von 26 ns ergeben sich zwei Myon-Neutrino-Pulse
während der ersten 0.5 Mikrosekunden nachdem der Strahl auf das Target
trifft. Der nachfolgende, viel langsamere Myon-Zerfall (Zerfallszeit des Myons:
2.2 Mikrosekunden) erzeugt dann die Elektron- und Myon-Anti-Neutrinos
in einem Zeitfenster von etwa 0.5 Mikrosekunden bis 10 Mikrosekunden nach dem
Strahl, mit der charakteristischen 2.2 Mikrosekunden Zerfallskurve des
Myon-Zerfalls. Somit können durch eine Zeitmessung Myon-Neutrinos von
Elektron-Neutrinos und Myon-Antineutrinos separiert werden. Dies ist derzeit an
keiner anderen Neutrinoquelle möglich.
Durch die Wiederholungsrate von 50 Hz ergibt sich ein strahlfreies Intervall
von 20 ms zwischen den Neutrinopulsen. Das daraus resultierende
Tastverhältnis von 1:100000 für die Myon-Neutrinos und etwa 1:5000
für die Elektron-Neutrinos und Myon-Antineutrinos ermöglicht
insbesondere eine sehr effektive Unterdrückung von kosmischem Untergrund.
Darüberhinaus kann der kosmische Untergrund in den Strahlpausen mit
höchster statistischer Präzision gemessen werden.
Energie der Neutrinos
Die Myon-Neutrinos aus dem Zweikörper Zerfall des positiven Pions sind
monoenergetisch mit einer Energie von 29.8 MeV.
Der nachfolgende Dreikörper Zerfall des positiven Myons erzeugt die
Elektron- und Myon-Anti-Neutrinos mit
kontinuierlichen Energien bis zu 52.8 MeV.
Zum KARMEN Detektor