1 Amand Fäßler 3. Januar 2017; RC BregenzDie heimlichen und unheimlichen Neutrinos und der Anfang unseres Universums. Amand Fäßler 3. Januar 2017; RC Bregenz

2 Energieerhaltung im Beta-ZerfallAtomkern mit Z Protonen Elektron (negative Ladung) Atomkern mit (Z+1) Protonen und Elektron Drei Arten des radioaktiven Zerfalls: Alpha-, Beta- u. Gamma-Zerfall Elektrons/Energie Elektron-Energie

3 Der Wiener Wolfgang Pauli schrieb am 4Der Wiener Wolfgang Pauli schrieb am 4. Dezember 1930 von der ETH-Zürich einen Brief nach Tübingen. Betazerfall  Elektron + Neutrino Das Neutrino wechselwirkt nicht u. kann nicht gemessen werden.

4 Energieerhaltung im Beta-ZerfallAtomkern mit Z Protonen Elektron + Neutrino Atomkern mit (Z+1) Protonen und Elektron Elektrons/Energie Elektron-Energie

5 Cadmium + Neutron  etwa 8 Gamma-QuantenDer Wiener Wolgang Pauli schrieb am 4. Dezember 1930 von der ETH-Zürich einen Brief nach Tübingen. Betazerfall  Elektron + Neutrino 1956 entdeckt (Reines und Cowen): Neutrino (Savanna-River Reaktor) + Proton (H2O) Elektron+( = Positron) + Neutron e+ + e-  2 Gamma-Quanten = Cadmium + Neutron  etwa 8 Gamma-Quanten Pauli: Neutrino kann nicht nachgewiesen werden.

6 Fredrik Reines 1995 Nobel-PreisExperimenteller Nachweis des Elektron – Neutrinos mit Clyde Cowen 1956

7 Heute das Innere eines Neutrino-Detektors durch Gamma-Quanten mit Photo-Multiplier.Gamma-Detektor in Los Alamos/Neu-Mexico

8 Super-Kamiokande Japan: 60 000 Tonnen reines WasserPhotomultiplier 50 cm Durchmesser

9 E = m c2 KATRIN = KArlsruher TRItium Neutrino-ExperimentWas ist die Masse des Elektron-Neutrinos? Sind Neutrinos und Antineutrinos verschiedene Teilchen ? KATRIN = KArlsruher TRItium Neutrino-Experiment 3Tritium(pnn) (12,3 Jahre)  3Helium(ppn) + e- + Neutrino Elektronen/ Energie Neutrino Masse < 2 eV E = m c2 Verfügbare totale Energie 18,552 keV Elektron Energie 1 eV  2*10-33 Gramm

10 KATRIN Spektrometer-Tank auf dem Weg vom Rhein zum KIT-Nord KarslsruheWeg durch Leopoldshafen-Eggenstein bei Karlsruhe Ein Riese unterwegs KATRIN Spektrometer-Tank auf dem Weg vom Rhein zum KIT-Nord Karslsruhe

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12 Elektron-Einfang im 67Holmium AtomECHo = Electron Capture in Holmium Elektron + Proton  Neutron + Neutrino 16367Ho + Elektron16366Dy(angeregt)+Neutrino Totale Energie = Dy-Anregung + Neutrino Zahl der Messungen Neutrino Mass 2,83 keV Energie-Abregung-Dysprosium

13 Von uns berechnetes Spektrum für Elektroneinfang in Holmium2,83 keV

14 Vergleich mit dem Experiment gemessen im Frejus-Modane Tunnel-Labor (Lyon-Turin)

15 Unser Raum dehnt sich aus.

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18 Relative Abstände im Universum als Funktion der Zeit mit verschiedener Materiedichte und Anteil der Dunklen Energie. Accelerating Expansion Dunkle Materie + Dunkle Energie Relative Größe des Universums H(heute) = 71 km/(sec* Mpsec) Contracting Universe heute Miliarden Jahre

19 (Energie=Masse)-Dichte des UniversumsStrahlungs dominiert: r ~ 1/a4 ~ 𝑇4=Stefan-Boltzmann log r Tg = - 270,0 Celsius; Tn = - 271,0 Celsius Materie dominiert: r ~ 1/a3 ~ T3 Dunkle Energie a(t)~1/T 1/Temp 1 MeV 1sec n dec. 1 eV 3x104y 3000 K y g dec. 8x109 y Tg = K Tn = 1.95 K heute

20 Einsteins größte „Eselei“Von Einstein, Berlin, an Weyl, ETH Zürich. [Bei] De Sitter laufen zwei genügend voneinander entfernte materielle Punkte beschleunigt auseinander. Wenn schon keine quasi-statische Welt, dann fort mit dem kosmologischen Glied. Seien Sie herzlich gegrüsst von Ihrem A.Einstein

21 Planck Satellite Temperature Fluctuations Comic Microwave Background (March 21. 2013)

22 Curvature of the Univers flatWe know the size of the hot spots. Curvature of the Univers flat x x x

23 The Universe is flat. The density has the critical value:W = We can only see till the sphere of the the last photon-electron scattering: ~14 x1012 light years

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25 Entkopplung der Photons (Licht) von der Materie.„Re“-combination of Electrons with Protons and a-Particles Abkühlung auf 3000 Kelvin = 0.3 eV; Jahre nach dem Urknall; e- + p  neutraler Wasserstoff 2e- + a  neutrales Helium Lichtquanten bewegen sich frei seit 14x1012 Jahren. Die Kugel der letzten Streuung der Photonen: Radius = 14x1012 Lichtjahre. Heute: Tg = (6) Kelvin unabhängig von der Richtung, in die wir schauen. .

26 Neutrino Decoupling and Cosmic Neutrino BackgroundFor massless-massive Neutrinos:

27 Neutrino Decoupling Below T = 1 MeV:G/H = ( kB T/ 1MeV)3 ~ T(Neutrinos)decoupl ~ 1MeV ~ 1010 Kelvin; Today: 1.95 K Time after Big Bang: 1 Second Below T = 1 MeV: T(Photons)decoupling = 3000 Kelvin; heute: K Time(Photons)decoupling = years

28 Estimate of Neutrino DecouplingUniverse Expansion rate: H=(da/dt)/a ~ n Interaction rate: G= ne-e+ H = \sqrt{8p G rtotal /3} = \sqrt{8 p r/(3 MPlanck2)} = = O(T2) [1/time] G ~ T3 = T3 GF2 T2 = GF2 T5 [Energy = 1/time] hbar = h/(2p) = c = 1

29 Wie kann man den Kosmischen Neutrino-Hintergrund messen?Neutrino [1,95 Kelvin = 2/(10 000) eV] + 3Tritium (pnn)  3Helium (ppn) + Elektron (Maximum = 18,552 keV) KATRIN: Tritium-Quelle: 20 microgram  1,7 Einfänge pro Jahr 2 milligram Tritium  170 Einfänge pro Jahr ENDE