Interested Article - MINOS

ainsleigh
  • 2021-12-08
  • 1

Общий вид детектора MINOS. Слева находится рубка управления и дальше справа — фреска Джозефа Джаннетти.

MINOS ( англ. Main injector neutrino oscillation search ) — эксперимент физики элементарных частиц, предназначенный для изучения феномена осцилляций нейтрино, впервые обнаруженных в эксперименте Супер-Камиоканде (Super-K) в 1998 году. Нейтрино, производимые NuMI («нейтрино от главного инжектора») в Фермилабе вблизи Чикаго, затем наблюдаются двумя детекторами, один расположен очень близко к тому месту, где производится нейтринный луч («Ближний детектор»), и ещё один гораздо более крупный детектор, расположенный в 735 км в северной Миннесоте («дальний детектор»).

Эксперимент MINOS начал обнаруживать нейтрино из пучка NuMI в феврале 2005 года. 30 Марта 2006 года, коллаборация MINOS объявила, что анализ исходных данных, собранных в 2005 году, соответствует нейтринным осцилляциям с параметрами колебаний, которые согласуются с измерениями супер-К . MINOS получил последние нейтрино от линии пучка Нуми в полночь 30 апреля 2012 года. . Затем он был обновлён до MINOS+, который начал принимать данные в 2013 году. Эксперимент был остановлен 29 июня 2016 года, а дальний детектор был демонтирован и удалён.

Детекторы

Служебное здание MINOS в Фермилабе, вход в подземный зал MINOS, где находится ближайший детектор .

В эксперименте есть два детектора.

  • Ближний детектор аналогичен дальнему детектору по конструкции, но меньше по размеру и имеет массу 980 (t). Он расположен в Фермилабе, в нескольких сотнях метров от графитовой мишени, с которой взаимодействуют протоны примерно в 100 метрах под землёй. Ввод в эксплуатацию близкого детектора был произведён в декабре 2004 года и в настоящее время он полностью функционирует.
  • Дальний детектор имеет массу 5,4 . Он расположен в шахте Судан на севере штата Миннесота на глубине 716 метров. Дальний детектор был полностью введён в эксплуатацию с лета 2003 года, и принимает данные о космических лучах и атмосферных нейтрино с самого начала своего строительства.

Оба детектора MINOS представляют собой стальные сцинтилляторные пробоотборные калориметры , изготовленные из чередующихся плоскостей намагниченных стальных и пластмассовых сцинтилляторов. Магнитное поле применяется для отклонения траекторий мюонов , образующийся при взаимодействии мюонных нейтрино с мишенью, что делает возможным отличить взаимодействие с нейтрино от взаимодействия с антинейтрино. Эта особенность MINOS детекторов позволяют MINOS искать CPT-нарушение с атмосферными нейтрино и антинейтрино.

Пучок нейтрино

NuMI помещение с детектором (слева), начальная точка туннеля NuMI с главным инжектором на заднем плане.

Для производства в NuMI потока нейтрино используется главный инжектор мощностью 120 ГэВ, протонные импульсы попадают в охлаждаемую водой графитовую мишень. В ходе взаимодействия протонов с материалом мишени образуются пионы и каоны , которые фокусируются магнитным полем управляющей системы. Последующие распады пионов и каонов генерируют пучок нейтрино . Большинство из них мюонные нейтрино, с небольшим электронным нейтринным загрязнением. Нейтринные взаимодействия в ближнем детекторе используются для измерения начального потока нейтрино и энергетического спектра. Подавляющее большинство нейтрино, вследствие слабого взаимодействия не взаимодействующее с материей, проходит через Ближний детектор и 734 км горных пород, затем через дальний детектор и в космос. На пути к Судану находится около 20 % мюонных нейтрино в ходе осцилляций превращаются в другие типы .

Физические цели и результаты

MINOS измеряет разницу в составе пучка нейтрино и распределении энергии в ближних и дальних детекторах с целью получения прецизионных измерений квадратичной разности масс нейтрино и угла смешивания . Кроме того, MINOS ищет появление электронных нейтрино в дальнем детекторе, и будет либо измерять, либо устанавливать предел вероятности осцилляций мюонных нейтрино в электронные нейтрино.

29 июля 2006 года коллаборация «Минос» опубликовала статью, в которой они представили свои первоначальные измерения параметров колебаний, полученные по исчезновению мюонных нейтрино. Они таковы: Δ m 2
23 = 2,74 +0,44
−−0,26 × 10 −3 eV 2 /c 4 and sin 2 (2 8 23 ) > 0.87 (68 % доверительная вероятность ).

В 2008 году компания MINOS опубликовала ещё один результат, используя более чем в два раза больше предыдущих данных (3.36×10 20 протонных соударений о мишень; с учётом первого набора данных). Это наиболее точное измерение Δ m 2 . Результаты: Δ m 2
23 = 2,43 +0,13
−−0,13 × 10 −3 eV 2 /c 4 and sin 2 (2 8 23 ) > 0.90 (90 % доверительная вероятность ).

В 2011 году вышеприведённые результаты были вновь обновлены с использованием более чем двукратной выборки данных (экспозиция 7,25×10 20 протонов на мишень) и усовершенствованной методологии анализа. Результаты: Δ m 2
23 = 2,32 +0,12
−−0,08 × 10 −3 eV 2 /c 4 and sin 2 2 8 23 ) > 0.90 (90 % доверительная вероятность ).

В 2010 и 2011 годах MINOS сообщил результаты, согласно которым существует разница в исчезновении и, следовательно, массах между антинейтрино и нейтрино, что нарушило бы CPT-симметрию . Однако после того, как в 2012 году были оценены дополнительные данные, MINOS сообщил, что этот разрыв сократился и никакого превышения больше нет.

Результаты измерений космических лучей на Дальнем детекторе MINOS показали, что существует сильная корреляция между измеренными космическими лучами высокой энергии и температурой стратосферы . Впервые показано, что суточные колебания вторичных космических лучей от подземного мюонного детектора связаны с планетарным масштабом метеорологические явления в стратосфере, такие как внезапное потепление стратосферы , а также смена времён года. Дальний детектор MINOS также способен наблюдать уменьшение космических лучей, вызванных Солнцем и Луной .

Скорость нейтрино

В 2007 году в ходе эксперимента с детекторами Миноса была обнаружена скорость движения 3 нейтрино, равная 1,000051 ± (29) при 68 % доверительной вероятности , и с 99 % доверительной вероятностью в интервале между 0,999976 c и 1,000126 c . Центральное значение было выше скорости света; однако неопределённость была достаточно велика, чтобы результат также не исключал скорости, меньшие или равные свету на этом высоком доверительном уровне.

После того, как детекторы для проекта были модернизированы в 2012 году, MINOS скорректировал их первоначальный результат и нашёл согласие со скоростью света, с разницей во времени прибытия −0,0006 % (±0,0012 %) между нейтрино и светом. Будут проведены дальнейшие измерения.

Примечания

  1. (Press release). 2006-03-30. Архивировано из 19 сентября 2007 . Дата обращения: 3 августа 2009 .
  2. . Дата обращения: 4 ноября 2012. Архивировано из 14 июля 2014 года.
  3. de Jong, Jeffrey (12 сентября 2012). Дата обращения: 13 декабря 2012. 14 июля 2014 года.
  4. Basu, Paroma (2006-03-30). . Wisconsin Online . из оригинала 5 марта 2016 . Дата обращения: 14 августа 2015 .
  5. . Fermilab . Дата обращения: 14 августа 2015. 22 апреля 2016 года.
  6. D.G. Michael et al. Observation of muon neutrino disappearance with the MINOS detectors in the NuMI neutrino beam (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2006. — Vol. 97 , no. 19 . — P. 191801 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . — .
  7. P. Adamson et al. Study of muon neutrino disappearance using the Fermilab Main Injector neutrino beam (англ.) // Physical Review D : journal. — 2008. — Vol. 77 , no. 7 . — P. 072002 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  8. P. Adamson et al. Measurement of neutrino oscillations with the MINOS detectors in the NuMI beam (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2008. — Vol. 101 , no. 13 . — P. 131802 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . — .
  9. P. Adamson et al. Measurement of the neutrino mass splitting and flavor mixing by MINOS (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2011. — Vol. 106 , no. 18 . — P. 181801 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . — .
  10. . Fermilab press release (14 июня 2010). Дата обращения: 14 декабря 2011. 2 декабря 2011 года.
  11. MINOS Collaboration. First Direct Observation of Muon Antineutrino Disappearance (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2011. — Vol. 107 , no. 2 . — P. 021801 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . — .
  12. MINOS Collaboration. Search for the disappearance of muon antineutrinos in the NuMI neutrino beam (англ.) // Physical Review D : journal. — 2011. — Vol. 84 , no. 7 . — P. 071103 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  13. . Fermilab press release (5 июня 2012). Дата обращения: 20 июня 2012. 4 июля 2012 года.
  14. MINOS Collaboration. An improved measurement of muon antineutrino disappearance in MINOS (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2012. — Vol. 108 , no. 19 . — P. 191801 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : . — .
  15. Osprey, S.; Barnett, J.; Smith, J.; the MINOS Collaboration. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2009. — 7 March ( vol. 36 , no. 5 ). — P. L05809 . — doi : . — Bibcode : . 23 июля 2018 года.
  16. Adamson, P. et al. Observation of muon intensity variations by season with the MINOS far detector (англ.) // Physical Review D : journal. — 2010. — 1 January ( vol. 81 , no. 1 ). — P. 012001 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  17. Adamson, P. et al. Observation in the MINOS far detector of the shadowing of cosmic rays by the sun and moon (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2011. — Vol. 34 , no. 6 . — P. 457—466 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  18. P. Adamson (MINOS Collaboration) et al. Measurement of neutrino velocity with the MINOS detectors and NuMI neutrino beam (англ.) // Physical Review D : journal. — 2007. — Vol. 76 , no. 7 . — P. 072005 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  19. D. Overbye (2011-09-22). . New York Times . из оригинала 26 июня 2018 . Дата обращения: 2 мая 2020 . That group found, although with less precision, that the neutrino speeds were consistent with the speed of light.
  20. . Fermilab today (8 июня 2012). Дата обращения: 8 июня 2012. 13 июня 2012 года.

Ссылки

Источник —

ainsleigh
  • 2021-12-08
  • 1
  • Tags:

Same as MINOS

The title for the last searches