Echtzeit Spektroskopie solarer Neutrinos mit Borexino Phase 2

• Antragsteller: Professor Dr. Lothar Oberauer; Professor Dr. Michael Wurm; Professor Dr. Kai Zuber
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284839683

Das Studium der fehlenden solaren Neutrinos war ueber Jahrzehnte eines der größten Probleme der Astroteilchenphysik. Mittlerweile wurde dies aufgrund diverser Messungen adurch Neutron-Oszillationen in Materie erklärt, wozu auch Borexino beigetragen hat. Borexino ist der weltweit sauberste - im radioaktiven Sinne - Detektor und besitzt ebenfalls eine niedrige Energieschwelle, mit der sogar erstmals pp-Neutrinos aus dem fundamentalen Fusionsprozess in Echtzeit gemessen werden konnten. Der Antrag beschäftigt sich mit Phase 2 von Borexino, vor der eine weitere Reduktion von Untergrund erfolgt ist, um noch sensitivere Messungen durchführen zu können. Um die Qualität der Messungen noch weiter zu erhoehen, solle eine weitere Kalibrationskampagne durchgeführt werden, zwei neue Quellen als Ausdehnung zu höheren Energien sollen mit Hilfe dieses Antrags produziert werden. Im Bereich der Analyse stehen 2 Themen im Vordergrund dieses Antrages. Als erstes steht eine erstmalige Messung der CNO-Neutrinos an, dass auch die Existenz dieses Prozesses bestätigen würde. In diesem Zusammenhang wird auch das solare Häufigkeitsproblem untersucht. Neue 3-D Modellierungen der photosphärischen Linien ergeben eine geringe Häufigkeit für schwerere Elemente wie C,N und O von 20-40%. Dies führt allerdings zu einer schlechteren Übereinstimmung der Sonnenmodelle mit den helioseismologischen Beobachtungen. Die einzige Möglichkeit, die Häufigkeiten von schwereren Elementen im Inneren der Sonne zu studieren sind die CNO-Neutrinos. Dies testet auch fundamentale Annahmen in der stellaren Astrophysik, z.B. die homogene Verteilung der Elemente in der Sonne. Die Analyse schliesst auch eine verbesserte Messung des pep Neutrinoflusses ein. Der Hauptuntergrund für beide Prozesse ist die Produktion von 11C aufgrund von Myon Reaktionen im Szintillator. Mit Hilfe der in diesem Antrag entwickelten neuen Verfahren basierend auf einer Likelihood Analyse wird die Identifikation dieses Untergrundes verbessert im Vergleich zu den momentan angewandten Methoden. Ein weiteres Analysethema ist das Niederenergieverhalten des 8B-Spektrums. Der niedrigste Datenpunkt aller solaren Neutrinodetekoren zeigt ein entgegengesetztes Verhalten wie man es von den Oszillationen erwarten würde. Deshalb werden schon seit längerem Nicht-Standard Wechselwirkungen (NSI) als Alternative diskutiert. Eine verbesserte Untersuchung in der Phase 2 wird zwischen diesen Szenarien unterscheiden oder zumindest die möglichen Parameter stark einschränken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen