эксперимент CDHS

CDHS — это нейтринный эксперимент в ЦЕРН, в котором собирались данные с 1976 по 1984 год. Эксперимент официально назывался WA1 . CDHS был результатом сотрудничества групп из ЦЕРН , Дортмунда , Гейдельберга , Сакле и позже Варшавы . Сотрудничество возглавил Джек Стейнбергер . Целью эксперимента было изучение глубоконеупругих нейтринных взаимодействий в железе.

Экспериментальная установка

Ядро детектора состояло из 19 (позже 20) модулей из намагниченного железа. В промежутках между ними были установлены дрейфовые камеры для реконструкции пути. Дополнительно пластиковые сцинтилляторы в утюг были вставлены . Таким образом, каждый железный модуль последовательно служил мишенью взаимодействия, куда нейтрино попадали и создавали адронные ливни , калориметром, измерявшим энергию этих адронов, и спектрометром, определявшим импульсы образующихся мюонов посредством магнитного отклонения. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

На момент завершения строительства в 1976 году общая длина детектора составляла 20 м и весил около 1250 тонн.

Эксперимент проводился в западной части ЦЕРН , в здании 182. Нейтрино (и антинейтрино) были произведены протонами суперпротонного синхротрона (SPS) с энергией около 400 ГэВ, которые были выпущены на бериллиевую мишень. ^{[ 1 ]}

История

Эксперимент был впервые предложен в июле 1973 года группой под руководством Джека Стейнбергера как детектор, состоящий из двух частей. Передняя часть должна служить нейтринной мишенью и детектором адронного ливня , следующая вторая часть должна детектировать следы мюонов . ^{[ 3 ]} Планировалось, что четыре группы-предложители из Сакле, Дортмунда, Гейдельберга и ЦЕРН внесут свой вклад, предоставив дополнительные знания и рабочую силу. Например, Сакле было поручено отвечать за дрейфовые камеры , тогда как ЦЕРН должен был заниматься магнитами с железным сердечником. Именно эти четыре группы дали эксперименту название Dortmund CDHS Heidelberg CERN Saclay : ( ) . Итоговую экспериментальную группу должны составить примерно 30 человек. ^{[ 4 ]}

После длительных обсуждений с Комитетом СПС, который отвечал за одобрение предложений и распределение имеющихся денег, в марте 1974 года было представлено обновленное предложение по новому детектору. Предлагаемый детектор представлял собой модульную установку, состоящую из модулей намагниченного железа в сочетании с дрейфовым детектором. камеры и пластиковые сцинтилляторы . ^{[ 5 ]} Это новое предложение было одобрено комитетом в апреле 1974 года. Строительство началось вскоре после этого и было завершено в 1976 году. Официальное название эксперимента было WA1 , поскольку это был первый одобренный эксперимент в западной зоне ЦЕРН . Ориентировочная стоимость детектора колебалась от 6 до 8 миллионов швейцарских франков . ^{[ 3 ]}

В 1979 г. была предложена модернизация экспериментальной установки. ^{[ 6 ]} Основной причиной модернизации стало сравнительно низкое разрешение восьми из 19 модулей детектора. Эту ситуацию следует улучшить, вставив двенадцать новых, более совершенных модулей, в результате чего станок станет немного длиннее и значительно точнее. Предложение также включало предложение о группы из Варшавского университета присоединении к проекту во главе с Адамом Пара. Начиная с длительного отключения суперпротонного синхротрона (SPS) летом 1980 года, запрошенные изменения были реализованы. В конце концов, половина целевых калориметров эксперимента была заменена, а общее количество детекторных модулей было увеличено с 19 до 20. Это привело к увеличению пространственного разрешения образующихся частиц в четыре раза, а также к более точным измерениям выделенной адронной энергии на 25%. Кроме того, были установлены четыре новые дрейфовые камеры, улучшающие реконструкцию мюонных треков. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Позже структурной перед детектором был добавлен резервуар с жидким водородом в качестве мишени для функции протонов измерения . ^{[ 9 ]}

CDHS собрал данные о нейтрино, доставленных СПС с конца 1976 года по сентябрь 1984 года.

Результаты и открытия

Научная цель эксперимента CDHS заключалась в изучении взаимодействий нейтрино высоких энергий. Когда поступающие нейтрино (или антинейтрино) взаимодействовали с железом мишени , либо заряженный ток (
н
+ Fe →
м ⁺
+ что-нибудь) или нейтральный ток (
н
+ Fe →
н
+ что-нибудь) события могут быть созданы. ^{[ 2 ]}

Одной из основных целей эксперимента было определение соотношения между сечениями нейтрального и заряженного инклюзивного нейтрино , из которого угол Вайнберга . можно было вывести ^{[ 10 ]} Нейтральные токи ранее были обнаружены в ходе эксперимента Гаргамеля , который также дал первые оценки угла Вайнберга. Результаты были подтверждены и измерены с гораздо более высокой точностью с помощью CDHS, что позволило предсказать массу топ-кварка до того, как он был обнаружен на Тэватроне , с точностью примерно ±40 ГэВ. ^{[ 11 ]}^{[ 10 ]}

Другие измерения электрослабого взаимодействия в рамках стандартной модели включали измерение более чем одного мюона ; т.е. димюонные и тримюонные события. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Результаты, полученные в CDHS, обеспечили экспериментальную проверку стандартной модели в то время, когда эта модель еще находилась на этапе тестирования. Важным шагом в этом плане стала фальсификация якобы «высокой аномалии». Величина y характеризует неупругость столкновений нейтрино, т. е. измеряет количество энергии, которую налетевшее нейтрино передает адронам при их столкновении. Эксперименты в Фермилабе обнаружили так называемую «аномалию высокого y», которая бросила вызов стандартной модели. Однако результаты CDHS опровергли эти выводы, укрепив стандартную модель . ^{[ 14 ]}

нуклонов CDHS исследовал структурные функции , что позволило ученым подтвердить теорию квантовой хромодинамики (КХД). ^{[ 15 ]}^{[ 8 ]} Эта работа включала определение константы связи КХД. $\alpha _{\text{s}}$ , проверка кварков ( s = ⁠ 1/2 так и теорий , ⁠ , ) и глюона (s = 1) спина , а также фальсификация как абелевых теорий сильных взаимодействий основанных на скалярных глюонах. ^{[ 9 ]}^{[ 15 ]} Кроме того, эксперименты позволили лучше понять структуру нуклона , изучив распределение внутри него глюонов , кварков и антикварков . Результаты CDHS соответствовали модели кварков-партонов , согласно которой кварки считались точечными партонами . ^{[ 10 ]} В этом контексте также было подтверждено, что число валентных кварков в нуклоне равно 3. ^{[ 16 ]} Наконец, результаты CDHS позволили определить импульсное распределение странных кварков и антикварков внутри нуклона . ^{[ 17 ]}

В последние годы своей работы коллаборация CDHS занималась поиском нейтринных осцилляций . Хотя это явление не удалось подтвердить с помощью пучка нейтрино большой энергии ЦЕРН, эта попытка повлияла на последующие эксперименты, которые в конечном итоге обнаружили нейтринные осцилляции . ^{[ 18 ]}

Внешние ссылки

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Сервер документов ЦЕРН: годовой отчет за 1976 г. (Отдел экспериментальной физики), получено 14 августа 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Холдер, М.; и др. (1978). «Детектор взаимодействий нейтрино высоких энергий» . Ядерные приборы и методы . 148 (2): 235–249. Бибкод : 1978NucIM.148..235H . дои : 10.1016/0029-554X(70)90173-4 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Сервер документов ЦЕРН: Предложение по изучению взаимодействий нейтрино высоких энергий на SPS. Получено 13 августа 2018 г.
^ Сервер документов ЦЕРН: Меморандум по итогам предложения. Проверено 13 августа 2018 г.
^ Сервер документов ЦЕРН: Меморандум - конструкция и физика предлагаемого мюонного спектрометра Проверено 16 августа 2018 г.
^ Сервер документов ЦЕРН: Запрос на утверждение программы улучшения WA1. Получено 14 августа 2018 г.
^ Сервер документов ЦЕРН: Новые разработки в WA1 (Бюллетень ЦЕРН, выпуск № 7/1982). Проверено 14 августа 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Берге, П.; и др. (1991). «Измерение дифференциальных сечений и структурных функций нуклонов в нейтринных взаимодействиях с заряженным током на железе» . Zeitschrift für Physik C. 49 (2): 187–223. дои : 10.1007/BF01555493 . S2CID 124390593 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Абрамович, Х.; и др. (1984). «Измерение структурных функций нейтрино и антинейтрино в водороде и железе» . Журнал физики С. 25 (1): 29–43. Стартовый код : 1984ZPhyC..25...29A . дои : 10.1007/BF01571954 . S2CID 121625052 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сервер документов ЦЕРН: WD Schlatter - Основные моменты экспериментов с нейтрино высоких энергий в ЦЕРНе, получено 14 августа 2018 г.
^ Холдер, М.; и др. (1977). «Измерение отношения сечений нейтрального и заряженного тока при взаимодействиях нейтрино и антинейтрино» . Буквы по физике Б. 71 (1): 222–226. Бибкод : 1977PhLB...71..222H . дои : 10.1016/0370-2693(77)90783-3 .
^ Холдер, М.; и др. (1977). «Наблюдение тримюонных событий, возникающих при взаимодействиях нейтрино и антинейтрино» . Буквы по физике Б. 70 (3): 393–395. Бибкод : 1977PhLB...70..393H . дои : 10.1016/0370-2693(77)90685-2 .
^ Хансл, Т.; и др. (1978). «Происхождение тримюонных событий в взаимодействиях нейтрино высоких энергий» . Буквы по физике Б. 77 (1): 114–118. Бибкод : 1978PhLB...77..114H . дои : 10.1016/0370-2693(78)90214-9 .
^ Холдер, М.; Кноблох, Дж.; Мэй, Дж.; Пара, ХП; Палацци, П.; Шлаттер, Д.; Стейнбергер, Дж.; Сутер, Х.; Выбор, Х.; Уильямс, EGH; Эйзель, Ф.; Гелесс, К.; Кляйнкнехт, К.; Спан, Г.; Виллуцкий, Х.-Дж.; Дорт, В.; Дыдак, Ф.; Хепп, В.; Титтель, К.; Вотшак, Дж.; Блох, П.; Дево, Б.; Гримм, М.; Майяр, Дж.; Пейо, Б.; Рандер, Дж.; Савой-Наварро, А.; Терли, Р.; Наваррия, Флорида (1977). "Есть ли кайф" $y$ Аномалия во взаимодействиях антинейтрино?» . Physical Review Letters . 39 (8): 433–436. Bibcode : 1977PhRvL..39..433H . doi : 10.1103/PhysRevLett.39.433 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Х. Абрамович: Проверка КХД и неасимптотически свободных теорий сильного взаимодействия путем анализа структурных функций нуклона $xF_{3},F_{2}$ , и
д
Проверено 15 августа 2018 г.
^ Информационный бюллетень ЦЕРН отдела EP: интервью с Филиппом Блохом, получено 16 августа 2018 г.
^ Абрамович, Х.; и др. (1982). «Экспериментальное исследование димюонов противоположного знака, образующихся при взаимодействиях нейтрино и антинейтрино» . Журнал физики С. 15 (1): 19–31. Стартовый код : 1982ZPhyC..15...19A . дои : 10.1007/BF01573422 . S2CID 120216054 .
^ Дыдак, Ф.; Фельдман, Дж.Дж.; Гайо, К.; Мерло, JP; Мейер, Х.-Дж.; Ротберг, Дж.; Стейнбергер, Дж.; Таурег, Х.; фон Рюден, В.; Ваксмут, Х.; Валь, Х.; Вотшак, Дж.; Блюмер, Х.; Бухгольц, П.; Дуда, Дж. (1984). «Поиск
н
_μ- колебания в D $m^{2}$ диапазон 0,3–90 $eV^{2}$ « . Physics Letters B. 134 ( 3–4): 281–286. doi : 10.1016/0370-2693(84)90688-9 .

[annual-1] Перейти обратно: ^а ^б Сервер документов ЦЕРН: годовой отчет за 1976 г. (Отдел экспериментальной физики), получено 14 августа 2018 г.

[detector-2] Перейти обратно: ^а ^б Холдер, М.; и др. (1978). «Детектор взаимодействий нейтрино высоких энергий» . Ядерные приборы и методы . 148 (2): 235–249. Бибкод : 1978NucIM.148..235H . дои : 10.1016/0029-554X(70)90173-4 .

[proposal-3] Перейти обратно: ^а ^б Сервер документов ЦЕРН: Предложение по изучению взаимодействий нейтрино высоких энергий на SPS. Получено 13 августа 2018 г.

[memorandum-4] Сервер документов ЦЕРН: Меморандум по итогам предложения. Проверено 13 августа 2018 г.

[memo74-5] Сервер документов ЦЕРН: Меморандум - конструкция и физика предлагаемого мюонного спектрометра Проверено 16 августа 2018 г.

[6] Сервер документов ЦЕРН: Запрос на утверждение программы улучшения WA1. Получено 14 августа 2018 г.

[7] Сервер документов ЦЕРН: Новые разработки в WA1 (Бюллетень ЦЕРН, выпуск № 7/1982). Проверено 14 августа 2018 г.

[new-8] Перейти обратно: ^а ^б Берге, П.; и др. (1991). «Измерение дифференциальных сечений и структурных функций нуклонов в нейтринных взаимодействиях с заряженным током на железе» . Zeitschrift für Physik C. 49 (2): 187–223. дои : 10.1007/BF01555493 . S2CID 124390593 .

[abra2-9] Перейти обратно: ^а ^б Абрамович, Х.; и др. (1984). «Измерение структурных функций нейтрино и антинейтрино в водороде и железе» . Журнал физики С. 25 (1): 29–43. Стартовый код : 1984ZPhyC..25...29A . дои : 10.1007/BF01571954 . S2CID 121625052 .

[highlights-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сервер документов ЦЕРН: WD Schlatter - Основные моменты экспериментов с нейтрино высоких энергий в ЦЕРНе, получено 14 августа 2018 г.

[11] Холдер, М.; и др. (1977). «Измерение отношения сечений нейтрального и заряженного тока при взаимодействиях нейтрино и антинейтрино» . Буквы по физике Б. 71 (1): 222–226. Бибкод : 1977PhLB...71..222H . дои : 10.1016/0370-2693(77)90783-3 .

[12] Холдер, М.; и др. (1977). «Наблюдение тримюонных событий, возникающих при взаимодействиях нейтрино и антинейтрино» . Буквы по физике Б. 70 (3): 393–395. Бибкод : 1977PhLB...70..393H . дои : 10.1016/0370-2693(77)90685-2 .

[13] Хансл, Т.; и др. (1978). «Происхождение тримюонных событий в взаимодействиях нейтрино высоких энергий» . Буквы по физике Б. 77 (1): 114–118. Бибкод : 1978PhLB...77..114H . дои : 10.1016/0370-2693(78)90214-9 .

[14] Холдер, М.; Кноблох, Дж.; Мэй, Дж.; Пара, ХП; Палацци, П.; Шлаттер, Д.; Стейнбергер, Дж.; Сутер, Х.; Выбор, Х.; Уильямс, EGH; Эйзель, Ф.; Гелесс, К.; Кляйнкнехт, К.; Спан, Г.; Виллуцкий, Х.-Дж.; Дорт, В.; Дыдак, Ф.; Хепп, В.; Титтель, К.; Вотшак, Дж.; Блох, П.; Дево, Б.; Гримм, М.; Майяр, Дж.; Пейо, Б.; Рандер, Дж.; Савой-Наварро, А.; Терли, Р.; Наваррия, Флорида (1977). "Есть ли кайф" $y$ Аномалия во взаимодействиях антинейтрино?» . Physical Review Letters . 39 (8): 433–436. Bibcode : 1977PhRvL..39..433H . doi : 10.1103/PhysRevLett.39.433 .

[abra-15] Перейти обратно: ^а ^б Х. Абрамович: Проверка КХД и неасимптотически свободных теорий сильного взаимодействия путем анализа структурных функций нуклона $xF_{3},F_{2}$ , и
д
Проверено 15 августа 2018 г.

[16] Информационный бюллетень ЦЕРН отдела EP: интервью с Филиппом Блохом, получено 16 августа 2018 г.

[17] Абрамович, Х.; и др. (1982). «Экспериментальное исследование димюонов противоположного знака, образующихся при взаимодействиях нейтрино и антинейтрино» . Журнал физики С. 15 (1): 19–31. Стартовый код : 1982ZPhyC..15...19A . дои : 10.1007/BF01573422 . S2CID 120216054 .

[18] Дыдак, Ф.; Фельдман, Дж.Дж.; Гайо, К.; Мерло, JP; Мейер, Х.-Дж.; Ротберг, Дж.; Стейнбергер, Дж.; Таурег, Х.; фон Рюден, В.; Ваксмут, Х.; Валь, Х.; Вотшак, Дж.; Блюмер, Х.; Бухгольц, П.; Дуда, Дж. (1984). «Поиск
н
_μ- колебания в D $m^{2}$ диапазон 0,3–90 $eV^{2}$ « . Physics Letters B. 134 ( 3–4): 281–286. doi : 10.1016/0370-2693(84)90688-9 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

v т и Эксперименты на суперпротонном синхротроне
EMU experiments	EMU1 EMU2 EMU3 EMU4 EMU5 EMU6 EMU7 EMU8 EMU9 EMU10 EMU11 EMU12 EMU13 EMU14 EMU15 EMU16 EMU17 EMU18 EMU19 EMU20
NA experiments	NA1 NA2 NA3 NA4 NA5 NA6 NA7 NA8 NA9 NA10 NA11 NA12/2 NA13 NA14/2 NA15 NA16 NA17 NA18 NA19 NA20 NA21 NA22 NA23 NA24 NA25 NA26 NA27 NA28 NA29 NA30 NA31/2 NA32 NA33 NA34/2/3 NA35 NA36 NA37 NA38 NA39 NA40 NA41 NA42 NA43/2 NA44 NA45/2 NA46 NA47 NA48/1/2 NA49 NA50 NA51 NA52 NA53 NA54 NA55 NA56 NA57 NA58 NA59 NA60 NA61 NA62 NA63 NA64 NA65 NA66
UA experiments	UA1 UA2 UA3 UA4/2 UA5/2 UA6 UA7 UA8 UA9
WA experiments	WA1/2 WA2 WA3 WA4 WA5 WA6 WA7 WA8 WA9 WA10 WA11 WA12 WA13 WA14 WA15 WA16 WA17 WA18/2 WA19 WA20 WA21 WA22 WA23 WA24 WA25 WA26 WA27 WA28 WA29 WA30 WA31 WA32 WA33 WA34 WA35 WA36 WA37 WA38 WA39 WA40 WA41 WA42 WA43 WA44 WA45 WA46 WA47 WA48 WA49 WA50 WA51 WA52 WA53 WA54 WA55 WA56 WA57 WA58 WA59 WA60 WA61 WA62 WA63 WA64 WA65 WA66 WA67 WA68 WA69 WA70 WA71 WA72 WA73 WA74 WA75 WA76 WA77 WA78 WA79 WA80 WA81 WA82 WA83 WA84 WA85 WA86 WA87 WA88 WA89 WA90 WA91 WA92 WA93 WA94 WA95 WA96 WA97 WA98 WA99/2 WA100 WA101 WA102 WA103