Neutrinon, nyckeln till universums hemligheter?

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

2. Från det allra minsta till det allra största • 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) • ”Mikroskopet” har en omkrets av 27 km.. CERN Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

3. Från det allra minsta till det allra största • Det största vi känner till är det synliga universums storlek. • Universum är ca 15 miljarder år gammalt. • En ljusstråle som startade i Big Bang har gått 15 miljarder ljusår dvs 100 000 000 000 000 000 000 000 000 (1026) meter Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

4. Från det allra minsta till det allra största • 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 (1044) 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…. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

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

6. Några neutrinosiffror • Solen skickar varje sekund ut 200.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 neutriner (2*1038) neutriner • På Jorden har vi ca 40.000.000.000 neutriner/cm2/sekund • Från Big Bang finns det 330 miljoner neutriner /m3(Energi 0.0004 eV) i rummet (men bara en halv proton) • 340 miljoner neutriner bildas i vår kropp varje dag på grund av 40K sönderfall. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

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

8. Det behövs 20 ggr mer materia än vad som observeras!! Vad är det? “Mörk materia” Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

9. Mörk materia vad är det? • Neutriner? • Bruna dvärgar? • Kalla gasmoln (väte)? • Ny typ av materia? • Fel på Newton? Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

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

11. WIMPs från solen/jorden Sök efter ett överskott av neutriner från solen och jordens centrum. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

12. Kosmisk strålning proton mesoner myoner Ca 100 myoner/m2sek Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

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

14. En möjlig kandidat för Kosmisk strålning Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

15. Gammablixtar?!!! Source 9 Billion light years away! Kosmologiska källor!!!. Men vad är det??? Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

16. Gammablixtar • Kan vara farliga om de exploderar nära… Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

17. Neutrinoastronomi • 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…) • Neutrinon går opåverkat av universums magnetfält • Ett helt nytt sätt att studera universum!! • Bygg neutrino-teleskop!! Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

18. Neutrinofysik • Vi har tre neutriner: • Elektronneutrinon ne • Myonneutrinon nm • Tauneutrinon nt Exempel neutronsönderfall : neutron -> proton + e- + ne Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

19. Exempel på neutrinoreaktion   Muonen kan beroende på energin färdas många km Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

20. Exempel på Tjerenkovstrålning En laddad partikel som färdas snabbare än ljushastigheten i mediet skapar en chockvåg av elektromagnetisk strålning (ljus) q cosq = 1/(nb) b = v/c, n= brytningsindex Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

21. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

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

23. AMANDA detektorn vid Sydpolen • Varför Sydpolen? • En 3000 meter tjock glaciär • En året runt bas med all infrastruktur • Inga fiskar Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

24. AMANDA Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

25. South Pole Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

26. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

27. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

28. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

29. myon neutrino Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

30. 106 muons from cosmic rays/muon from neutrinos !!!! myon neutrino Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

31. varmvattenvärmare -50 m -55 C -25 C -2300 m Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

32. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

33. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

34. Montering av ljusdetektor vid hålet Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

35. -840 m Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

36. AMANDA-II Feb. 00 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

37. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet Joakim Edsjö SU

38. Två neutrino event i AMANDA-II teleskopet Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

39. AMANDA Event Signatures:Muons DATA CC muon neutrino interactions  Muon tracks Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet nm + N  m + X

40. AMANDA-B10 punktkällor * Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet * Average over declination given in astro-ph/0002492

41. AMANDA-II “Online analysis” 4.5 atmospheric candidates / day Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet The Stockholm model

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

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

44. Grid North 100 m AMANDA South Pole SPASE-2 Dome Skiway IceCube:Top View 80 strings 60 modules/string Volume 1 km3 Depth 1400-2400 m Counting House Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

45. IceTop AMANDA South Pole IceCube Skiway 80 Strings 4800 PMT 1400 m 2400 m Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

46. µ-events in IceCube Eµ=6 PeV Eµ=10 TeV 1 km Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

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

48. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

49. Mats Pettersson Gymnasielärare från Angereds gymnasium Göteborg vid sydpolen 14 november 2001 Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet

50. Per Olof Hulth Fysikum Stockholms universitet