SOX

Aus der am LEP gemessenen Zerfallsbreite des Z0-Bosons am CERN lässt sich ableiten, dass es genau drei leichte Neutrino-Generationen gibt, die an der schwachen Wechselwirkung teilnehmen. Jedoch ergeben sich derzeit bei einigen Neutrino-Oszillationsexperimenten mit kurzen Abständen zwischen Quelle und Detektor Hinweise auf eine mögliche weitere Generation leichter Neutrinos. Dies wirft die Frage nach der Existenz neuartiger „steriler“ Neutrinos auf, die außerhalb des derzeitigen Standardmodells der Teilchenphysik stehen würden.

Das SOX (Short distance neutrino Oscillations with BoreXino) Projekt ist eine Erweiterung des Forschungsprogramms von Borexino, die sich der Suche nach Oszillationen von aktiven zu sterilen Neutrinos widmet. Dafür wird eine starke radioaktive Neutrino-Quelle in einem Tunnel unterhalb des Borexino-Detektors positioniert. Oszillationen von aktiven zu sterilen Neutrinos bei kurzen Wellenlängen lassen sich so direkt in der Orts- und Energieverteilung der in Borexino gemessenen Neutrinoereignisse nachweisen.

Geplant sind zwei Expositionsphasen: CeSOX mit einer Cer-144 ν ̅e - Quelle (Aktivität: 4 PBq, 100 kCi) und CrSOX mit einer monoenergetischen νe - Quelle auf Basis von Chrom-51 (200-400 PBq, 5-10 MCi). Aufgrund der niedrigen Neutrinoenergie (Ce/Pr-144: <3 MeV; Cr-51: 750 keV) liegen die erwartete Oszillationslängen in der Größenordnung von etwa einem Meter. Damit ließe sich in Borexino bei niedrigen Energien nicht nur ein Ratendefizit, sondern die Abbildung das Oszillationsmuster innerhalb des Detektionsvolumens nachweisen. Eine positive Messung in Borexino liefert damit eine eindeutige Signatur für sterile Neutrinos als Ursache des Defizits. Wie in Abbildung 9 zu sehen ist decken Messungen mit beiden Quellen den derzeit diskutierten Bereich für die Oszillationsparameter der sterilen Neutrinos nahezu vollständig ab [http://arxiv.org/abs/1304.7721]. Darüber hinaus bietet SOX die Möglichkeit, den Weinberg-Winkel bei niedrigen Energien bestimmen sowie das obere Limit auf das magnetische Moment des Neutrinos weiter zu verbessern.


Der Beginn der Expositionsphase von CeSOX ist für Ende 2015 vorgesehen.

Abb 9: Experimenteller Aufbau von SOX

 

Abb 10: Oszillationsmuster für CeSOX als Funktion der Neutrinoenergie und des Abstands zur Quelle

Abb. 11: Erwartete Sensitivität für beide SOX Phasen