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Können Neutrinos Protonen durchwandern.?
Wenn nein wie wandern sie durch die Erde,wenn ja wie machen sie das ohne Wechselwirkung.(was hat man für eine Theorie.)
2 Antworten
- Anonymvor 1 JahrzehntBeste Antwort
Kurze Antwort:
Neutrinos reagieren mit Atomkernen, aber nur gering. So können Neutrinos sehr lange Wege durch Materie zurücklegen. Neutrinos können auch einen Atomkern durchqueren, reagieren dabei mit einer kleinen Wahrscheinlichkeit mit dem Kern.
Mehr Details:
Ein Neutrino wechselwirkt mit anderen Teilchen über die Gravitation und die Schwache Wechselwirkung.
Die Gravitation wird vermutlich nur eine geringe Abweichung von einer geraden Bahn bedeuten, wenn das Neutrino den Kern passiert. Die Gravitation kann für die Frage vernachlässigt werden.
Die Schwache Wechselwirkung ist eine der vier Grundkräfte. Im Alltag sind nur die Gravitation und die elektromagnetische Wechselwirkung spürbar. Die Schwache Wechselwirkung und die Starke Wechselwirkung spielen nur eine Rolle bei sehr kleinen Abständen. Diese Kräfte sind wichtig für die Kernphysik, zum Beispiel die Stabilität und der Zerfall von Atomkernen.
Das Proton trägt eine elektrische Ladung. Da aber das Neutrino keine Ladung trägt, gibt es auf diesem Weg keine Reaktion zwischen Proton und Neutrino.
Protonen und Neutronen unterliegen ebenfalls der Schwachen Wechselwirkung. Also gibt es eine Wirkung der Nukleonen (Sammelbegriff für Protonen und Neutronen) auf Neutrinos über diese Schwache Wechselwirkung.
Die Reichweite der Schwachen Wechselwirkung liegt in der Größe von 10^(-18) m. Zum Vergleich liegt die Compton-Wellenlänge des Protons oder des Neutrons (eine Art "Größe" des Protons) bei 10^(-15) m. Die Schwachen Wechselwirkung wird also nur innerhalb oder unmittelbar am "Rand" eines Nukleons wirken.
Die Vermutung liegt nahe, dass ein Neutrino ein Nukleon nicht (immer) durchdringen kann, weil beide Teilchen wechselwirken. In der Kernphysik wird der Wirkungsquerschnitt oder Streuquerschnitt (cross section) als Maß benutzt, der angibt wie stark ein einfallendes Teilchen (hier das Neutrino) mit dem Zielteilchen (hier das Nukleon) reagiert.
Anschaulich: das Nukleon als eine Kugel. Trifft das Neutrino am Rand, dann muss das Neutron nur einen kleinen Weg durch das Nukleon zurücklegen. Trifft das Neutrino in der Mitte, dann ist der Weg maximal. Je länger der "Weg" durch das Nukleon, desto wahrscheinlicher eine Reaktion zwischen Nukleon und Neutrino. Es ist ein Quanteneffekt, daher kommen Wahrscheinlichkeiten für eine Reaktion ins Spiel. Der Wirkungsquerschnitt gibt grob eine Antwort auf die Frage: Wie genau muss das Neutrino treffen, damit es wahrscheinlich zu einer Reaktion kommt? - Das ist stark vereinfacht.
Der Streuquerschnitt ist großer Null. Es kann zu Reaktionen zwischen Neutrino und Nukleon kommen. Der genaue Streuquerschnitt ist abhängig von der Art des Neutrinos (Elektron-Neutrino, Myon-Neutrino, Tauon-Neutrino) und der Energie (Geschwindigkeit) des Neutrinos.
Zum Beispiel eine Reaktion ist der inverse Beta-Zerfall:
Neutron + Elektron-Neutrino -> Proton + Position
Das Antielektron-Neutrino reagiert analog:
Proton + Antielektron-Neutrino -> Neutron + Positron
Arbeiten zu dem Thema findet sich im Internet unter dem Stichwort "neutrino nucleus cross section". Zum Beispiel [6,7]. Neutrino-Kern-Reaktionen sind aktuelles Forschungsthema. Zum Beispiel das SciBooNE Experiment in den USA wurde 2007 in Betrieb genommen [8,9].
Für die Durchquerung der Erde ist neben dem Streuquerschnitt auch der Abstand der Atomkerne wichtig. Der Abstand der Kerne in fester Materie liegt in der Größenordnung 10^(-10) m. Die Kerne haben eine Größe um die 10^(-15) m, der Streuquerschnitt für eine Reaktion mit dem Neutrino ist noch kleiner, entsprechend einem Radius um die 10^(-24) m. Fast der gesamte Raum der festen Materie wird nur von der Elektronenhülle eingenommen. Durchquert ein Neutrino ein Atom, liegt die Chance auf eine Reaktion mit dem Kern im Bereich 10^(-25). - Nur um sehr grobe Zahlenwerte für die Bereich zu nennen. Bessere Werte finden sich in den Quellen.
Quelle(n): [1] Wikipedia: Neutrino http://de.wikipedia.org/wiki/Neutrino [2] Wikipedia: Proton http://de.wikipedia.org/wiki/Proton [3] Wikipedia: Wirkungsquerschnitt http://de.wikipedia.org/wiki/Wirkungsquerschnitt [4] Stephan Krantz: Neutrino-Detektoren http://web.physik.rwth-aachen.de/~roth/detektoren/... [5] Uni Bremenn, Insitut der Didaktik: Die schwache Wechselwirkung http://www.idn.uni-bremen.de/cvpmm/content/element... [6] Omar Benhar: How much nuclear physics do we need, to understand the neutrino nucleus cross section?, Lectures at the 45th Winter School in Theoretical Physics http://arxiv.org/abs/0906.3144 [7] Nicola Farina: Weak Response of Nuclear Matter, PhD thesis Sapienza Universita di Roma http://arxiv.org/abs/0901.2507 [8] SciBooNE Collaboration, Yasuhiro Nakajima: Status of FNAL SciBooNE experiment J.Phys.Conf.Ser.120:052043,2008 und http://arxiv.org/abs/0712.4271 [9] SciBooNE - The SciBar Booster Neutrino Experiment at Fermilab http://www-sciboone.fnal.gov/
