Монополь, обсерватория астрофизики и космических лучей
МАКРО ( Обсерватория монополей, астрофизики и космических лучей ) — эксперимент по физике элементарных частиц , расположенный в Лаборатории Национали дель Гран Сассо в Абруццо , Италия . МАКРО был предложен 6 научными учреждениями США и 6 итальянскими учреждениями.
Основной целью МАКРО был поиск магнитных монополей . Активными элементами MACRO были жидкостные сцинтилляторы и стримерные трубки , оптимизированные для отслеживания и синхронизации с высоким разрешением. Эта конструкция также позволила MACRO работать в качестве детектора нейтрино и обсерватории космических лучей .
Эксперимент действовал с 1989 по 2000 год. [1] Кандидаты в монополи не обнаружены, что означает, что поток монополей составляет менее 1,4×10. −16 на квадратный сантиметр на стерадиан в секунду (см −2 сэр −1 с −1 ) для скоростей от 0,0001 с до 1 с (от 30 000 м/с до 300 000 000 м/с ). [2]
Магнитный монополь — это теоретическая частица, которая еще не наблюдалась. Если бы оно было обнаружено, это опровергло бы закон магнетизма Гаусса , одно из четырех уравнений Максвелла , которые описывают устоявшееся современное понимание электричества и магнетизма.
Один исследователь утверждал, что наблюдал монополь с помощью детектора размером с лампочку . [ нужна ссылка ] Тот факт, что детектор размером с несколько футбольных полей (МАКРО) еще не повторил этот подвиг, заставляет большинство игнорировать более раннее утверждение.
Проект MACRO включал в себя большую пещеру, расположенную примерно в 800 метрах под землей, которая была дополнительно выдолблена и содержала сотни длинных камер, заполненных мерцающей жидкостью – жидкостью, которая испускает фотоны, когда через нее проходит заряженная или магнитная частица. На противоположных концах камеры располагалась пара фотоумножителей . Фотоумножители содержат ряд небольших заряженных «пластинок». Они похожи на прожекторы , но являются коллекторами, способными взять несколько фотонов и «умножить» их. Это умножение начинается с использования фотоэлектрического эффекта для преобразования фотонов, попавших на первую «пластину», в электроны . Эти электроны затем притягиваются к следующей пластине, которая отдает больше электронов, чем получает. Следующая пластина делает то же самое, тем самым усиливая сигнал на каждой пластине. Фотоумножители, использованные в эксперименте MACRO, были произведены Thorn-EMI и были чувствительны к сигналу размером всего в пять фотонов. После вывода из эксплуатации компания MACRO передала в дар около 800 фотоумножителей. Нейтринный эксперимент в реакторе Дайя Бэй . Точное напряжение , подаваемое на каждую пластину, определялось с помощью специальной печатной платы, разработанной некоторыми учеными, участвовавшими в проекте.
Сверкающие камеры были собраны в высокие стопки и длинные ряды. Когда сигнал был обнаружен, он обычно обнаруживался в нескольких камерах. Время поступления каждого сигнала от каждого фотоумножителя определяло приблизительный путь и скорость частицы. Тип сигнала и скорость прохождения через «бассейн» камер подсказали исследователям, наблюдали ли они монополь или просто какую-то обычную заряженную частицу .
Очень важные результаты были получены MACRO в других секторах: [3]
- космические лучи: поток, состав и тень Солнца и Луны;
- поиск темной материи (WIMPS) из центра Солнца и Земли и темной материи со странными кварками;
- поиск нейтрино низкой энергии из сверхновых ;
- нейтринная астрономия и нейтринные осцилляции .
В частности, MACRO продемонстрировал доказательства нейтринных осцилляций на конференции по нейтрино Такаяма непосредственно перед объявлением об открытии осцилляций в ходе эксперимента Супер-Камиоканде . [4] [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джорджо Джакомелли и Лаура Патриции, Болонья (1 мая 2003 г.). «МАКРО говорит свое последнее слово по поводу монополей» . ЦЕРН Курьер . Архивировано из оригинала 16 мая 2012 года . Проверено 16 декабря 2011 г.
- ^ М. Амбросио; и др. (27 сентября 2002 г.). «Окончательные результаты поиска магнитного монополя с помощью эксперимента МАКРО». Европейский физический журнал C . 25 (4): 511–522. arXiv : hep-ex/0207020 . Бибкод : 2002EPJC...25..511M . дои : 10.1140/epjc/s2002-01046-9 . S2CID 119450031 .
- ^ Джакомелли, Дж.; Марджотта, А. (11 июля 2007 г.). «Эксперимент МАКРО в Гран-Сассо». arXiv : 0707.1691 [ hep-ex ].
- ^ в 14-15 Такааки Кадзита (8 декабря 2015 г.). «Нобелевская лекция по открытию атмосферных нейтринных колебаний» (PDF) .
- ^ вклад МАКРО в нейтринные колебания обсуждается Франческо Ронгой в книге «Нейтрино: мутантная частица» (издания Aracne), глава «Краткая история нейтринных осцилляций» . Август 2016.