Neutrinoobservatorium

Neutrinoobservatorien (auch als Neutrinoteleskope, Neutrinodetektoren oder – etwas zu allgemein – Neutrino-Experimente bezeichnet) sind Teilchendetektoren speziell für den Nachweis und die Messung von Neutrinos aus weit entfernten Quellen. Als weit entfernt werden hier 100 Meter oder mehr angesehen.

Weil Neutrinoreaktionen sehr kleine Wirkungsquerschnitte haben, reagieren Neutrinos mit normaler Materie nur sehr selten. Neutrinodetektoren müssen deshalb sehr groß sein und meist jahrelang Daten sammeln, um statistisch signifikante Messergebnisse zu erreichen.

An der Erdoberfläche werden die seltenen Neutrinoereignisse durch die viel häufigeren Signale von Myonen der sekundären kosmischen Strahlung verdeckt. Deshalb werden die Neutrinodetektoren in großen Meerestiefen, unter Bergen oder in nicht mehr genutzten Bergwerken errichtet.

Nach dem Entstehungsort der beobachteten Neutrinos kann unterschieden werden zwischen

• kosmischen Neutrinos (Weltall)
• solaren Neutrinos (Sonne)
• atmosphärischen Neutrinos (Erdatmosphäre)
• Geoneutrinos (Erdinneres)
• Reaktorneutrinos (Kernreaktoren)
• Neutrinos aus Beschleunigerexperimenten

Wichtige Neutrinoobservatorien

Einige wichtige Neutrinoobservatorien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Neutrino-Experimente
Observatorium	Sensitivität	Detektortyp	Detektormaterial	Reaktionstyp	Reaktion	Schwellenenergie
ANTARES, Mittelmeer, Frankreich	kosmische ${\displaystyle \nu _{\mu }}$	Tscherenkow	H2O	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{\mu }}$ + N → ${\displaystyle \mu }$− + X ${\displaystyle {\overline {\nu }}_{\mu }}$ + N → ${\displaystyle \mu }$+ + X Myonen	> 10 GeV
Borexino, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	Szintillator	H2O C6H3(CH3)3 C15H11NO	elastische Streuung	${\displaystyle \nu _{x}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{x}}$ + e−	250–665 keV
CLEAN	niederenergetische solare ${\displaystyle \nu _{e}}$, sowie ${\displaystyle \nu _{e}}$ aus Supernovae und Pulsaren	Szintillator	flüssiges Neon	elastische Streuung	${\displaystyle \nu _{x}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{x}}$ + e− ${\displaystyle \nu _{e}}$ + 20Ne → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + 20Ne	?
Daya Bay, Daya Bay, China	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\displaystyle {\overline {\nu }}_{e}}$+ p+→n + e+	1,8 MeV
Double Chooz, Chooz	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\displaystyle {\overline {\nu }}_{e}}$+ p+→n + e+	1,8 MeV
DUNE, Sanford Underground Research Facility, USA (im Bau)	Beschleunigerneutrinos vom Fermilab, kosmische Neutrinos	TPC und Szintillator	flüssiges Argon (40 kt)
FASER, LHC, Genf, Schweiz	LHC Neutrinos: ${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$	Emulsion und Elektronisch	Wolfram	geladener und neutraler Strom	${\displaystyle \nu _{\ell }}$ + N → ${\displaystyle \ell }$ + X	> 10 GeV
GALLEX, Gran Sasso, Italien	solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	radiochemisch	GaCl3 (30 t Ga)	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$+71Ga → 71Ge+e−	233,2 keV
GNO, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	radiochemisch	GaCl3 (30 t Ga)	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$+71Ga → 71Ge+e−	233,2 keV
Homestake–Chlorine, Homestake-Mine, USA	solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	radiochemisch	C2Cl4 (615 t)	geladener Strom	37Cl+${\displaystyle \nu _{e}}$ → 37Ar*+e− 37Ar* → 37Cl + e+ + ${\displaystyle \nu _{e}}$	814 keV
Homestake–Iodine, Homestake-Mine, USA	solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	radiochemisch	NaI	elastische Streuung, geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− ${\displaystyle \nu _{e}}$ + 127I → 127Xe + e−	789 keV
ICARUS, Gran Sasso, Italien	solare und atmosphärische Neutrinos, sowie ${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$ von CERN	Tscherenkow	flüssiges Argon	elastische Streuung	${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e−	5,9 MeV
IceCube, Südpol	atmosphärische und kosmische ${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$, eventuell weitere	Tscherenkow	1 km³ H2O (Eis)	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{x}}$ + N → x + X hauptsächlich Myonen	> 200 GeV; ≈ 10 GeV mit DeepCore-Erweiterung
INO, Ino Peak, Indien	atmosphärische Neutrinos	Widerstands- plattenkammer	Glas	elastische Streuung, geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− ${\displaystyle \nu _{e}}$ + no → e− + p+ ${\displaystyle \nu _{e}}$ + p+ → e+ + no	?
Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), China	Reaktorneutrinos und andere	Szintillator	organisch
Kamiokande, Kamioka, Japan	solare und atmosphärische ${\displaystyle \nu _{e}}$	Tscherenkow	3.000 t H2O	elastische Streuung	${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e−	7,5 MeV
KamLAND, Kamioka, Japan	Reaktorneutrinos, Geoneutrinos ${\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}$	Szintillator			${\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}+p\to e^{+}+n}$	1,8 MeV
KM3NeT-ARCA, Sizilien	kosmische	Tscherenkow	H2O			TeV-PeV
KM3NeT-ORCA, Frankreich	atmosphärische	Tscherenkow	H2O			GeV
LENS, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	Szintillator	In(MVA)x	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$ + 115In → 115Sn+e−+2γ	120 keV
MOON, Washington, USA	niederenergetische solare ${\displaystyle \nu _{e}}$ und niederenergetische Supernova-${\displaystyle \nu _{e}}$	Szintillator	100Mo (1 t) + MoF6 (gasförmig)	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$+100Mo → 100Tc+e−	168 keV
OPERA, Gran Sasso, Italien	${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$ von CERN	Hybrid	2000 t Pb/Emulsion + Myon-Spektrometer	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{\tau }}$ + N → ${\displaystyle \tau }$ +X	4,5 GeV
RENO, Yeonggwang, Südkorea	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\displaystyle {\overline {\nu }}_{e}}$+ p+→n + e+	1,8 MeV
RNO-G, Summit Station, Grönland	hochenergetische kosmische Neutrinos	Radiowellen-Antennen		geladene Folgeteilchen aus inelastischem Stoss mit Atomen
SAGE, Baksan, Russland	niederenergetische solare ${\displaystyle \nu _{e}}$	radiochemisch	GaCl3	geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$+71Ga → 71Ge+e−	233,2 keV
SNO, Sudbury-Mine, Kanada	solare und atmosphärische ${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$	Tscherenkow	1000 t D2O	geladener Strom, neutraler Strom, elastische Streuung	${\displaystyle \nu _{e}}$ + 21D →p++p++e− ${\displaystyle \nu _{x}}$ + 21D → ${\displaystyle \nu _{x}}$+no+p+ ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e−	6,75 MeV
Super-Kamiokande, Kamioka, Japan	solare und atmosphärische ${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$ sowie ${\displaystyle \nu _{e}}$, ${\displaystyle \nu _{\mu }}$, ${\displaystyle \nu _{\tau }}$ von KEK	Tscherenkow	32.000 t H2O	elastische Streuung, geladener Strom	${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− ${\displaystyle \nu _{e}}$ + no → e− + p+ ${\displaystyle \nu _{e}}$ + p+ → e+ + no	?
UNO, Henderson-Mine, USA	solare, atmosphärische und Reaktorneutrinos	Tscherenkow	440.000 t H2O	elastische Streuung	${\displaystyle \nu _{e}}$ + e− → ${\displaystyle \nu _{e}}$ + e−	?