Techniklexikon

Neutrinooszillationen

Teilchenphysik, periodische Ab- und Zunahme der Intensität eines ursprünglich reinen Strahles einer Neutrinoart (der z.B. nur  enthält) entlang seiner Ausbreitungsrichtung. Parallel dazu lässt sich das Auftauchen einer neuen, im ursprünglichen Strahl nicht vorhandenen Neutrinoart (z.B. ) beobachten. Ursache hierfür ist, dass die in Prozessen der schwachen Wechselwirkung erzeugten Neutrinoarten , ,  (die sog. Flavor-Eigenzustände) im allgemeinen keine scharfen Massen haben, sondern - in enger Analogie zur Mischung der Quarks - Überlagerungen von Masseneigenzuständen , ,  sind.

Für den vereinfacht angenommenen Fall von nur zwei an der Mischung beteiligten Neutrinoarten ergibt die quantenmechanische Beschreibung für die Umwandlung z.B. eines  in  die Wahrscheinlichkeit

d.h. die - und -Intensitäten oszillieren mit einer charakteristischen Amplitude und Frequenz. Die Amplitude  spiegelt die Grösse des Massenmischungswinkels  (elektroschwache Parameter) wider, der zweite Term beschreibt implizit die Frequenz der Oszillation im Abhängigkeit vom Abstand  zwischen Quelle und Detektor; er hängt ab von der Neutrinoenergie  sowie der Differenz der Massenquadrate beider Masseneigenzustände, . Oszillationen treten demnach auf, wenn mindestens eine Neutrinosorte eine von Null verschiedene Masse aufweist, und wenn nicht alle Neutrinomassen exakt identisch sind.

Experimente mit Neutrinos, die in der Sonne oder der Erdatmosphäre entstehen, liefern seit längerem Hinweise auf Neutrinooszillationen. Insbesondere die 1998 publizierten Ergebnisse des Super-Kamiokande-Experimentes in Japan zur Untersuchung der Flusses atmosphärischer Neutrinos zeigen erstmals eine überzeugende Evidenz für massebehaftete Neutrinos.