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.

Vorlage:Center
Observatorium	Sensitivität	Detektortyp	Detektormaterial	Reaktionstyp	Reaktion	Schwellenenergie
ANTARES, Mittelmeer, Frankreich	kosmische ${\nu }_{\mu }$	Tscherenkow	H2O	Vorlage:Center	${\nu }_{\mu }$ + N → $\mu$− + X ${\bar{\nu }}_{\mu }$ + N → $\mu$+ + X Myonen	> 10 GeV	[1]
Borexino, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare ${\nu }_e$	Szintillator	H2O C6H3(CH3)3 C15H11NO	Vorlage:Center	${\nu }_x$ + e− → ${\nu }_x$ + e−	250–665 keV	[2]
CLEAN	niederenergetische solare ${\nu }_e$, sowie ${\nu }_e$ aus Supernovae und Pulsaren	Szintillator	flüssiges Neon	Vorlage:Center	${\nu }_x$ + e− → ${\nu }_x$ + e− ${\nu }_e$ + 20Ne → ${\nu }_e$ + 20Ne	?	[3]
Daya Bay, Daya Bay, China	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\bar{\nu }}_e$+ p+→n + e+	1,8 MeV	[4]
Double Chooz, Chooz	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\bar{\nu }}_e$+ p+→n + e+	1,8 MeV	[5]
DUNE, Sanford Underground Research Facility, USA (im Bau)	Beschleunigerneutrinos vom Fermilab, kosmische Neutrinos	TPC und Szintillator	flüssiges Argon (40 kt)				[6]
FASER, LHC, Genf, Schweiz	LHC Neutrinos: ${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$	Emulsion und Elektronisch	Wolfram	Vorlage:Center	${\nu }_{\ell }$ + N → $\ell$ + X	> 10 GeV	[7]
GALLEX, Gran Sasso, Italien	solare ${\nu }_e$	radiochemisch	GaCl3 (30 t Ga)	Vorlage:Center	${\nu }_e$+71Ga → 71Ge+e−	233,2 keV	[8]
GNO, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare ${\nu }_e$	radiochemisch	GaCl3 (30 t Ga)	Vorlage:Center	${\nu }_e$+71Ga → 71Ge+e−	233,2 keV	[9]
Homestake–Chlorine, Homestake-Mine, USA	solare ${\nu }_e$	radiochemisch	C2Cl4 (615 t)	Vorlage:Center	37Cl+${\nu }_e$ → 37Ar*+e− 37Ar* → 37Cl + e+ + ${\nu }_e$	814 keV	[10]
Homestake–Iodine, Homestake-Mine, USA	solare ${\nu }_e$	radiochemisch	NaI	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e− ${\nu }_e$ + 127I → 127Xe + e−	789 keV	[11]
ICARUS, Gran Sasso, Italien	solare und atmosphärische Neutrinos, sowie ${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$ von CERN	Tscherenkow	flüssiges Argon	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e−	5,9 MeV	[12]
IceCube, Südpol	atmosphärische und kosmische ${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$, eventuell weitere	Tscherenkow	1 km³ H2O (Eis)	Vorlage:Center	${\nu }_x$ + N → x + X hauptsächlich Myonen	> 200 GeV; ≈ 10 GeV mit DeepCore-Erweiterung	[13]
INO, Ino Peak, Indien	atmosphärische Neutrinos	Widerstands- plattenkammer	Glas	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e− ${\nu }_e$ + no → e− + p+ ${\nu }_e$ + p+ → e+ + no	?	[14]
Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), China	Reaktorneutrinos und andere	Szintillator	organisch				[15]
Kamiokande, Kamioka, Japan	solare und atmosphärische ${\nu }_e$	Tscherenkow	3.000 t H2O	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e−	7,5 MeV	[16]
KamLAND, Kamioka, Japan	Reaktorneutrinos, Geoneutrinos ${\overline{\nu }}_e$	Szintillator			${\overline{\nu }}_e+p\to e^{+}+n$	1,8 MeV	[17]
KM3NeT-ARCA, Sizilien	kosmische	Tscherenkow	H2O			TeV-PeV	[18]
KM3NeT-ORCA, Frankreich	atmosphärische	Tscherenkow	H2O			GeV	[19]
LENS, Gran Sasso, Italien	niederenergetische solare ${\nu }_e$	Szintillator	In(MVA)x	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + 115In → 115Sn+e−+2γ	120 keV	[20]
MOON, Washington, USA	niederenergetische solare ${\nu }_e$ und niederenergetische Supernova-${\nu }_e$	Szintillator	100Mo (1 t) + MoF6 (gasförmig)	Vorlage:Center	${\nu }_e$+100Mo → 100Tc+e−	168 keV	[21]
OPERA, Gran Sasso, Italien	${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$ von CERN	Hybrid	2000 t Pb/Emulsion + Myon-Spektrometer	Vorlage:Center	${\nu }_{\tau }$ + N → $\tau$ +X	4,5 GeV	[22]
RENO, Yeonggwang, Südkorea	Reaktorneutrinos	Szintillator	organischer Gd-Komplex	geladener Strom (inverser Betazerfall)	${\bar{\nu }}_e$+ p+→n + e+	1,8 MeV
RNO-G, Summit Station, Grönland	hochenergetische kosmische Neutrinos	Radiowellen-Antennen		geladene Folgeteilchen aus inelastischem Stoss mit Atomen			[23]
SAGE, Baksan, Russland	niederenergetische solare ${\nu }_e$	radiochemisch	GaCl3	Vorlage:Center	${\nu }_e$+71Ga → 71Ge+e−	233,2 keV	[24]
SNO, Sudbury-Mine, Kanada	solare und atmosphärische ${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$	Tscherenkow	1000 t D2O	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + 21D →p++p++e− ${\nu }_x$ + 21D → ${\nu }_x$+no+p+ ${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e−	6,75 MeV	[25]
Super-Kamiokande, Kamioka, Japan	solare und atmosphärische ${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$ sowie ${\nu }_e$, ${\nu }_{\mu }$, ${\nu }_{\tau }$ von KEK	Tscherenkow	32.000 t H2O	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e− ${\nu }_e$ + no → e− + p+ ${\nu }_e$ + p+ → e+ + no	?	[26]
UNO, Henderson-Mine, USA	solare, atmosphärische und Reaktorneutrinos	Tscherenkow	440.000 t H2O	Vorlage:Center	${\nu }_e$ + e− → ${\nu }_e$ + e−	?	[27]