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Beschreibung

Theoretische Analyse der Eigenschaften der Neutrinoarten ( νe; νµ; ντ).
Experimentelle Untersuchung der Neutrinomischung mit Hilfe eines zu optimierenden Pendelmodells.
(Besondere Lernleistung)

Kurzfassung
Die Neutrinos sind seit ihrer Vorhersage im Jahre 1930 ein Rätsel in der Wissenschaft. Die gegenwärtigen Forschungsbereiche der Teilchenphysik suchen immer wieder nach neuen Möglichkeiten, sie zu verstehen.
Eine der rätselhaften Eigenschaften der Neutrinos ist ihre Oszillation. Tau-, Myon- und Elektron-Neutrinos wandeln sich periodisch ineinander um. Jedes Neutrino ist „zusammengesetzt“ aus drei Massezuständen. Diese Massezustände oszillieren in unterschiedlichen Frequenzen. Ihre Überlagerung bestimmt, welche Art von Neutrino gerade vorliegt. Der Ablauf der Oszillation ist dabei maßgeblich von speziellen Parametern wie Massendifferenzen und Mischungswinkeln abhängig.
Herr Professor Dr. Michael Kobel entwickelte für diese Oszillation eine mechanisches Modell. Danach kann man die Massezustände und Mischungswinkel mit Hilfe von drei gekoppelten Pendeln veranschaulichen. Die Schwebung dieser Pendel sollte dabei anzeigen, welches Neutrino mit welcher Wahrscheinlichkeit und zu welcher Zeit vorkommt.
In der vorliegenden Arbeit werden in einem theoretischen Teil zunächst die Neutrinos im „Teilchenzoo“ ausfindig gemacht, ihre Entstehung und Oszillation beleuchtet.
Um zu überprüfen, ob die Neutrino-Oszillation durch das Modell der gekoppelten Pendel dargestellt werden kann, wurden verschiedene Experimente durchgeführt. In diesem praktischen Teil der Arbeit standen Untersuchungen mechanischer Schwingungen und Schwebungen im Vordergrund. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Einfluss von bestimmten Pendelparametern auf die Schwebung der Pendel.
Es sollte herausgefunden werden, ob und unter welchen Bedingungen das Pendel die Neutrino-Oszillation darstellen kann und wo die Grenzen des Pendels liegen.
Im Verlauf der Arbeit wurde festgestellt, dass drei gekoppelte Pendel wesentliche Merkmale der Neutrino-Oszillation qualitativ darstellen können. So war es möglich fast alle Mischungswinkel mit ihrer prinzipiellen Auswirkung darzustellen und Massendifferenzen am Pendel zu realisieren. Es wurden aber vereinzelt auch Eigenschaften der Pendel gefunden, die die Deutung als „Neutrino-Pendel“ einschränken. Hier ist vor allem der eingeschränkte Bereich,
in dem Mischungswinkel dargestellt werden konnten, zu nennen.
Allgemein lässt sich die Aussage treffen, dass das Modell dreier gekoppelter Pendel die Neutrino-Oszillation überraschend gut qualitativ darstellen kann. Es gibt jedoch einige wenige Aspekte, bei denen keine Übereinstimmung gefunden werden konnte.
Das Pendelmodell zur Darstellung der Neutrino-Oszillation soll später in der Fakultät Physik der Technischen Universität Dresden in Vorlesungen und auf Internetseiten zum besseren Verständnis der Neutrino-Oszillation verwendet werden.