Vorlesung "Neutrinoastrophysik"

Inhalt:

In dieser Vorlesung wird eine Einführung in die Neutrinoastrophysik gegeben. Dies beinhaltet eine Behandlung grundlegender Aspekte der Neutrinophysik. Insbesondere wird die historische Entwicklung und die daraus resultierende Theorie der schwachen Wechselwirkung besprochen. Weitere Themen sind u.a. Neutrinooszillationen, Neutrinos aus Supernovaexplosionen und die Geschwindigkeit von Neutrinos.

Übungsaufgaben

• Übung 1: Spezielle Relativitätstheorie (Ausgabe: 25. Oktober 2011. Abgabe: 08. November 2011)
• Übung 2: Goldhaber und Dirac (Ausgabe: 08. November 2011. Abgabe: 22. November 2011)
• Übung 3: Parität, Helizität und Chiralität (Ausgabe: 22. November 2011. Abgabe: 06. Dezember 2011)
• Übung 4: Neutrinomassen (Ausgabe: 06. Dezember 2011. Abgabe: 20. Dezember 2011)
• Übung 5: Majorana-Neutrinos (Ausgabe: 20. Dezember 2011. Abgabe: 17. Januar 2012)
• Übung 6: Astrophysikalische Neutrinos (Ausgabe: 17. Januar 2012. Abgabe: 31. Januar 2012)

Detailierte Vorlesungsübersicht (regelmäßige Aktualisierung)

Teil 1: Die schwache Wechselwirkung

Vorlesung 1: Einführung (18. Oktober 2011); Link

Vorlesung 2: Historische Neutrinoexperimente (25. Oktober 2011); Link

• Experimenteller Nachweis der Existenz der Neutrinos (Reines und Cowan)
• Wusches Experiment
• Goldhaber Experiment

Vorlesung 3: Entwicklung der Theorie der schwachen Wechselwirkung (08. November 2011); Link

Anmerkung: Die Notation ist in der gescannten Version einheitlich und entspricht der Notation auf dem Übungszettel

• Dirac-Gleichung
• Dirac- und Weyl-Spinoren
• Projektionsoperatoren links- und rechtshändiger Anteil

Vorlesung 4: Das Standardmodell der Teilchenphysik (15. November 2011); Link

Inhalt:

• Entdeckung der schwachen Vektorbosonen
• Bausteine des Standardmodells
• Feynmangraphen und -regeln

Zusatzmaterial:

• Die Entdeckung der geladenen Vektorbosonen;
• Die Entdeckung des neutralen Vektorbosons;
• Nobelpreise für die (elektro)schwache Wechselwirkung:
  • Glashow, Salam und Weinberg (1979)
  • Cronin and Fitch (1980)
  • Rubbia und van der Meer (1984)
  • 't Hooft und Veltman (1999)

Vorlesung 5: Die Grundlagen der V-A Theorie (22. November 2011); Link

• Schwache, geladene/neutrale Leptonenströme
• Schwache, geladene/neutrale Quarkströme
• Cabibbo-Winkel, Betazerfall und Myonzerfall

Teil 2: Eigenschaften der Neutrinos

Vorlesung 6: (29. November 2011); Link

Zusatzmaterial: Link

• Oszillationen zwischen N Zuständen
• Mischung zwischen 3 Zuständen
• Detektionsmethoden und L/E

Vorlesung 7: Tritium-Zerfall: Neutrinomassenskala (06. Dezember 2011); Link

Zusatzmaterial: Link

• Maximalenergie des beta-Spektrums
• Unterschied mit und ohne Neutrinomasse
• Kurie-Plot

Vorlesung 8: Neutrinoloser Doppelbetazerfall (13. Dezember 2011); Link

Zusatzmaterial: Link

• Dirac- und Majorana-Massenterme
• Seesaw Mechanismus
• Neutrinoloser Doppelbetazerfall

Teil 3: Astrophysikalische Neutrinos

Vorlesung 9: Weihnachtsvorlesung (20. Dezember 2011);

• Neutrinos von Gamma-ray burst Afterglows (Steffen Krakau)
• Neutrinos von Aktiven Galaxien (Isaac Saba)
• Zimtschnecken und Kerzen

Vorlesung 10: Neutrinos aus Supernova-Explosionen (10. Januar 2012); Link

Zusatzmaterial: Link

• OPERA-Ergebnisse zur Überlichtgeschwindigkeit von Neutrinos
• Rolle von Neutrinos in Supernova-Explosionen
• Neutrinogeschwindigkeitsmessung mit Hilfe von SN1987A

Vorlesung 11: Supernova 1987A (17. Januar 2012); Link

Zusatzmaterial: Link

• Historische Supernova-Explosionen
• SN1987A - Neutrinobeobachtungen
• Neutrinoeigenschaften - Rückschlüsse aus SN1987A

Vorlesung 12: Sonnenneutrinos/kosmische Strahlung (24. Januar 2012); Link

Zusatzmaterial: Link

• pp- und CNO-Zyklus
• Die kosmische Strahlung
• Neutrinos aus Proton-proton Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung

Vorlesung 13: Neutrinodetektionsprinizip (31. Januar 2012); Link

Zusatzmaterial: Link

• Neutrinos aus der kosmischen Strahlung
• Gamma-ray bursts, Aktive Galaxien, Supernovareste
• Neutrinodetektionsprinzip und Sensitivität von IceCube

Vorträge

• 18.11.2011, Messung der Anzahl der leichten Neutrinoarten, Natalie Fedrau; Link
• 02.12.2011, Gamma-ray bursts als Neutrinoquellen, Andreas Herzog; Link
• 16.12.2011, Starburst Galaxien als Neutrinoquellen, Michael Klute
• 27.01.2012, Fällt aus!

Literaturvorschläge

• Quarks and Leptons, Francis Halzen und Alan Martin, Wiley (gut, um Grundlagen der Teilchenphysik aufzufrischen)
  
• Gauge Theories in Particle Physics, Aitchison und Hey, IOP Publishing (Ausführliche, theoretische Darstellung der schwachen Wechselwirkung) (mehr Literaturvorschläge evt später)