Superkamiokande-Experiment

Superkamiokande-Experiment

 

[Kamiokande, Kurzwort aus Kamioka nucleon decay experiment, »Nukleonenzerfallexperiment von Kamioka«], seit 1996 betriebene Großversuchsanordnung in der Zinkmine Kamioka, Präfektur Gifu, Japan (Universität Tokio), zur Untersuchung der atmosphär. Neutrinos (Neutrinoastronomie) und zum Nachweis des Protonenzerfalls (Proton). Das Superkamiokande-Experiment ist das Nachfolgeprojekt einer kleineren Anordnung (Kamiokande II, 2 140 t Wasser), mit der u. a. der Nachweis von Neutrinos aus der Supernova 1987 A gelang.

 

Die Anordnung, die sich zur Ausschließung störender Messeinflüsse durch geladene Teilchen der Höhenstrahlung etwa 1 000 m unter der Erde befindet, umfasst im Wesentlichen einen Tank mit rd. 50 000 t reinem Wasser, dessen Durchmesser und Höhe jeweils 40 m betragen, und an dessen Innenwänden etwa 13 000 lichtempfindliche Detektoren (Photomultiplier) angeordnet sind. Der Nachweis der Neutrinos beruht auf der Bewegung schneller Elektronen im Wasser, durch die Lichtblitze (Tscherenkow-Strahlung) erzeugt werden. Die nötige Energie erhalten die Elektronen, wenn hochenergetische Neutrinos an ihnen gestreut werden. Mithilfe der Detektoren lassen sich Flugrichtung und Energie der Elektronen (und indirekt der Neutrinos) bestimmen.

 

1998 erbrachten amerikanische und japanische Wissenschaftler erstmals den Hinweis auf so genannte Neutrinooszillationen (Neutrino), indem sie zeigten, dass sich Myonneutrinos auf ihrem Weg von der Atmosphäre zum Tank zu einem bestimmten Teil in andere Neutrinos (vermutlich in Tauneutrinos) umwandeln und dann nicht mehr registriert werden. Diese Oszillationen sind nur möglich, wenn Neutrinos eine Masse besitzen. Bei den Messungen stellte man fest, dass mehr Myonneutrinos den Detektor erreichten, die aus der darüber liegenden Atmosphäre kamen, also einen kürzeren Weg (rd. 14 km) und damit weniger Zeit zu einer Umwandlung hatten als die Teilchen aus der entgegengesetzten Richtung (die etwa 12 000 km durch die Erde zurücklegten). - Die Konsequenzen der Entdeckung einer von null verschiedenen Ruhemasse der Neutrinos sind weit reichend. Eine endliche Neutrinomasse kann nicht im Rahmen des Standardmodells der elektroschwachen Kraft beschrieben werden. In der Kosmologie könnten massebehaftete Neutrinos einen Anteil zur Dunklen Materie geben.