МИНОС
Поиск осцилляций нейтрино в главном инжекторе ( MINOS ) — эксперимент по физике элементарных частиц , предназначенный для изучения явления нейтринных осцилляций , впервые обнаруженный в ходе эксперимента Супер-Камиоканде (Супер-К) в 1998 году. Нейтрино, производимые NuMI («Нейтрино в главном инжекторе»). ) линия луча в Фермилабе недалеко от Чикаго наблюдаются двумя детекторами: один очень близко к месту генерации луча ( ближний детектор ), а другой, гораздо больший детектор, на расстоянии 735 км в северной Миннесоте ( дальний детектор ).
Эксперимент MINOS начал регистрацию нейтрино из пучка NuMI в феврале 2005 года. 30 марта 2006 года коллаборация MINOS объявила, что анализ исходных данных, собранных в 2005 году, согласуется с нейтринными осцилляциями, параметры которых согласуются с Super -К измерений. [1] MINOS получил последние нейтрино из линии луча NUMI в полночь 30 апреля 2012 года. [2] [3] Он был обновлен до MINOS+ , который начал принимать данные в 2013 году. [4] Эксперимент был остановлен 29 июня 2016 года, а дальний детектор демонтирован и вывезен. [5]
Детекторы
[ редактировать ]
В эксперименте используются два детектора.
- Ближний детектор по конструкции аналогичен дальнему, но меньше по размеру и массе 980 тонн (т). Он расположен в Фермилабе, в нескольких сотнях метров от графитовой мишени, с которой взаимодействуют протоны , и примерно в 100 метрах под землей. Ввод в эксплуатацию ближнего детектора завершился в декабре 2004 года, и сейчас он полностью работоспособен.
- Дальний детектор имеет массу 5,4 кт . Он расположен в шахте Судан в Северной Миннесоте на глубине 716 метров. Дальний детектор полностью работоспособен с лета 2003 года и принимает данные о космических лучах и атмосферных нейтрино с самого начала его строительства.
Оба детектора MINOS представляют собой стальные сцинтилляционные состоящие пробоотборные калориметры, из чередующихся плоскостей намагниченного стального и пластикового сцинтилляторов. Магнитное поле вызывает искривление траектории мюона, рожденного при мюон-нейтрино взаимодействии , что позволяет отличить взаимодействия с нейтрино от взаимодействий с антинейтрино. Эта особенность детекторов MINOS позволяет MINOS искать CPT-нарушения с атмосферными нейтрино и антинейтрино.
Нейтринный пучок
[ редактировать ]
Для создания NuMI пучка энергией 120 ГэВ импульсы протонов главного инжектора с мишень с водяным охлаждением поражают графитовую . В результате взаимодействия протонов с материалом мишени образуются пионы и каоны , которые фокусируются системой магнитных рунов . Нейтрино от последующих распадов пионов и каонов образуют нейтринный пучок . Большинство из них — мюонные нейтрино с небольшой примесью электронных нейтрино . Взаимодействия нейтрино в ближнем детекторе используются для измерения начального потока нейтрино и энергетического спектра. Поскольку они слабо взаимодействуют и поэтому обычно проходят сквозь материю, подавляющее большинство нейтрино проходит через ближний детектор и 734 км горной породы, затем через дальний детектор и уходит в космос. На пути к Судану около 20% мюонных нейтрино колеблются в другие ароматы .
Цели и результаты физики
[ редактировать ]MINOS измеряет разницу в составе нейтринного пучка и распределении энергии в ближнем и дальнем детекторах с целью проведения прецизионных измерений квадрата разницы масс нейтрино и угла смешивания . Кроме того, MINOS следит за появлением электронных нейтрино в дальнем детекторе и либо измеряет, либо устанавливает предел вероятности осцилляции мюонных нейтрино в электронные нейтрино.
29 июля 2006 года коллаборация MINOS опубликовала статью, в которой приведены первоначальные измерения параметров колебаний, судя по исчезновению мюонного нейтрино. Это: Δ m 2
23 = 2.74 +0.44
−0.26 × 10 −3 эВ 2 /с 4 и грех 2 (2 θ 23 ) > 0,87 ( доверительный предел 68% ). [8] [9]
В 2008 году MINOS опубликовала еще один результат, используя вдвое больше предыдущих данных (3,36×10 20 протоны-мишени; сюда входит первый набор данных). Это наиболее точное измерение Δ m. 2 . Результаты: Δ m 2
23 = 2.43 +0.13
−0.13 × 10 −3 эВ 2 /с 4 и грех 2 (2 θ 23 ) > 0,90 ( 90% доверительный предел ). [10]
В 2011 году приведенные выше результаты были снова обновлены с использованием более чем удвоенной выборки данных (воздействие 7,25×10 20 протоны на мишени) и улучшенная методология анализа. Результаты: Δ m 2
23 = 2.32 +0.12
−0.08 × 10 −3 эВ 2 /с 4 и грех 2 (2 θ 23 ) > 0,90 (90% доверительный интервал). [11]
В 2010 и 2011 годах MINOS сообщила о результатах, согласно которым существует разница в исчезновении и, следовательно, в массах между антинейтрино и нейтрино, что нарушило бы симметрию CPT . [12] [13] [14] Однако после оценки дополнительных данных в 2012 году MINOS сообщила, что этот разрыв закрылся и никаких излишеств больше нет. [15] [16]
Результаты космических лучей, полученные дальним детектором MINOS, показали, что существует сильная корреляция между измеренными космическими лучами высокой энергии и температурой стратосферы . Впервые показано, что суточные вариации вторичных космических лучей от подземного мюонного детектора связаны с метеорологическими явлениями планетарного масштаба в стратосфере, такими как внезапное стратосферное потепление. [17] а также смена времен года. [18] Дальний детектор MINOS также способен наблюдать уменьшение космических лучей, вызванное Солнцем и Луной . [19]
Время полета нейтрино
[ редактировать ]В 2007 году эксперимент с детекторами MINOS обнаружил, что скорость нейтрино с энергией 3 ГэВ составляет 1,000 051 (29) c при уровне достоверности 68%, а при уровне достоверности 99% - в диапазоне от 0,999 976 c до 1,000 126 c . Центральное значение было выше скорости света; однако неопределенность была достаточно велика, поэтому результат также не исключал скорости, меньшие или равные скорости света на этом высоком уровне достоверности. [20] [21]
После того, как детекторы проекта были модернизированы в 2012 году, MINOS скорректировал свой первоначальный результат и обнаружил согласие со скоростью света с разницей во времени прибытия нейтрино и света в -0,0006% (±0,0012%). Планируются дальнейшие измерения. [22]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Эксперимент MINOS проливает свет на тайну исчезновения нейтрино» (Пресс-релиз). 30 марта 2006 г. Архивировано из оригинала 19 сентября 2007 г. Проверено 3 августа 2009 г.
- ^ «Диапазоны подзапусков периода выполнения MINOS (MRPRSR)» . Проверено 4 ноября 2012 г.
- ^ де Йонг, Джеффри (12 сентября 2012 г.). « Окончательные результаты MINOS» (PDF) . Проверено 13 декабря 2012 г.
- ^ Цананкос, Г; и др. (2011). «MINOS+: Предложение FNAL о запуске MINOS с лучом NuMI средней энергии» (PDF) . Фермилаб-Предложение-1016 .
- ^ Олмстед, Молли (01 августа 2016 г.). «Фермилаб прощается с МИНОСом» . Национальная ускорительная лаборатория Ферми . Проверено 16 мая 2017 г.
- ^ Басу, Парома (30 марта 2006 г.). «Физики говорят, что эксперимент стоимостью в несколько миллионов долларов продвигается гладко» . Висконсин Онлайн . Проверено 14 августа 2015 г.
- ^ «Карта сайта НуМИ/МИНОС» . Фермилаб . Проверено 14 августа 2015 г.
- ^ генеральный директор Майкл; и др. (2006). «Наблюдение исчезновения мюонных нейтрино с помощью детекторов MINOS в пучке нейтрино NuMI». Письма о физических отзывах . 97 (19): 191801. arXiv : hep-ex/0607088 . Бибкод : 2006PhRvL..97s1801M . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.191801 . ПМИД 17155614 . S2CID 119458915 .
- ^ П. Адамсон; и др. (2008). «Исследование исчезновения мюонных нейтрино с использованием нейтринного пучка главного инжектора Фермилаб». Физический обзор D . 77 (7): 072002. arXiv : 0711.0769 . Бибкод : 2008PhRvD..77g2002A . doi : 10.1103/PhysRevD.77.072002 . S2CID 5626908 .
- ^ П. Адамсон; и др. (2008). «Измерение нейтринных осцилляций детекторами MINOS в пучке NuMI». Письма о физических отзывах . 101 (13): 131802. arXiv : 0806.2237 . Бибкод : 2008PhRvL.101m1802A . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.131802 . ПМИД 18851439 . S2CID 1036381 .
- ^ П. Адамсон; и др. (2011). «Измерение расщепления массы нейтрино и смешивания ароматов с помощью MINOS». Письма о физических отзывах . 106 (18): 181801. arXiv : 1103.0340 . Бибкод : 2011PhRvL.106r1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.106.181801 . ПМИД 21635083 . S2CID 2264842 .
- ^ «Новые измерения эксперимента MINOS в Фермилабе указывают на разницу в ключевом свойстве нейтрино и антинейтрино» . Пресс-релиз Фермилаб. 14 июня 2010 года . Проверено 14 декабря 2011 г.
- ^ Сотрудничество МИНОС (2011). «Первое прямое наблюдение исчезновения мюонного антинейтрино». Письма о физических отзывах . 107 (2): 021801. arXiv : 1104.0344 . Бибкод : 2011PhRvL.107b1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.107.021801 . ПМИД 21797594 . S2CID 14782259 .
- ^ Сотрудничество МИНОС (2011). «Поиск исчезновения мюонных антинейтрино в пучке нейтрино NuMI». Физический обзор D . 84 (7): 071103. arXiv : 1108.1509 . Бибкод : 2011PhRvD..84g1103A . дои : 10.1103/PhysRevD.84.071103 . S2CID 6250231 .
- ^ «Эксперимент Фермилаб объявляет о лучшем в мире измерении ключевых свойств нейтрино» . Пресс-релиз Фермилаб. 5 июня 2012 года . Проверено 20 июня 2012 г.
- ^ Сотрудничество МИНОС (2012). «Улучшенное измерение исчезновения мюонных антинейтрино в MINOS». Письма о физических отзывах . 108 (19): 191801. arXiv : 1202.2772 . Бибкод : 2012PhRvL.108s1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.191801 . ПМИД 23003026 . S2CID 7735148 .
- ^ Оспри, С.; Барнетт, Дж.; Смит, Дж.; Сотрудничество MINOS (7 марта 2009 г.). «Внезапное стратосферное потепление видно по данным глубоко подземных мюонов MINOS» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 36 (5): L05809. Бибкод : 2009GeoRL..36.5809O . дои : 10.1029/2008GL036359 . S2CID 13986839 .
- ^ Адамсон, П.; и др. (1 января 2010 г.). «Наблюдение изменений интенсивности мюонов по сезонам с помощью дальнего детектора MINOS». Физический обзор D . 81 (1): 012001. arXiv : 0909.4012 . Бибкод : 2010PhRvD..81a2001A . doi : 10.1103/PhysRevD.81.012001 . S2CID 119126084 .
- ^ Адамсон, П.; и др. (2011). «Наблюдение в дальнем детекторе MINOS затенения космических лучей Солнцем и Луной». Астрофизика частиц . 34 (6): 457–466. arXiv : 1008.1719 . Бибкод : 2011APh....34..457A . doi : 10.1016/j.astropartphys.2010.10.010 . S2CID 119225041 .
- ^ П. Адамсон и др. (Сотрудничество MINOS) (2007). «Измерение скорости нейтрино детекторами MINOS и нейтринным пучком NuMI». Физический обзор D . 76 (7): 072005. arXiv : 0706.0437 . Бибкод : 2007ФРвД..76г2005А . doi : 10.1103/PhysRevD.76.072005 . S2CID 14358300 .
- ^ Д. Овербай (22 сентября 2011 г.). «Крошечные нейтрино, возможно, преодолели космический предел скорости» . Нью-Йорк Таймс .
Эта группа обнаружила, хотя и с меньшей точностью, что скорости нейтрино соответствуют скорости света.
- ^ «МИНОС сообщает о новом измерении скорости нейтрино» . Фермилаб сегодня. 8 июня 2012 года . Проверено 8 июня 2012 г.
47 ° 49'12 "N 92 ° 14'30" W / 47,82000 ° N 92,24167 ° W