Interested Article - NOvA (эксперимент)

NOvA эксперимент по изучению осцилляций нейтрино . Начал работу в 2014 году .

Цель эксперимента

Как теперь известно, нейтрино с определённым лептонным числом ( , , и ) не совпадают с состояниями с определённой массой ( , и ), а являются их суперпозицией :

где — унитарная матрица 3 х 3. Если массы состояний , и различны ( ), то нейтрино , , и , которые рождаются, например, в ядерных реакциях, не являются стационарными состояниями , а, будучи предоставлены сами себе, с течением времени превращаются друг в друга и обратно. Это явление, с математической точки зрения, аналогично биениям в системе и известно как осцилляции нейтрино .

Матрица преобразования зависит, в общем случае, от четырёх параметров: трех углов Эйлера и фазы :

Неравенство фазы нулю или означает нарушение CP-инвариантности . Аналогичный параметр в матрице смешивания кварков отвечает за нарушение CP-чётности в распадах K-мезонов .

Величины и измерены в экспериментах с электронными нейтрино: солнечными и реакторными .

Целью эксперимента NOvA является измерение величин , и . Для этого наблюдаются «исчезновения» мюонного нейтрино ( ) и превращения его в электронное ( ), и аналогичные процессы с участием антинейтрино — , .

Оборудование

В эксперименте используется пучок мюонных нейтрино NuMI, создаваемый ускорителем в Fermilab , и два детектора : ближний на расстоянии 1 км от источника нейтрино и дальний на расстоянии 810 км, в штате Миннесота .

Нейтринный пучок создаётся так: протоны, ускоренные до энергии 120 ГэВ, падают на графитовую мишень; при этом, среди прочего, рождаются пионы и каоны . Они фокусируются при помощи магнитного поля специальной конфигурации, а при их распаде возникают нейтрино (антинейтрино), в основном — мюонные . Как сообщают экспериментаторы, это самый мощный нейтринный пучок в мире на данный момент (2018 год) .

Дальний детектор весом 14 000 т имеет размеры 15 х 15 х 60 м. Ближний детектор весит 300 т и имеет размеры 4 х 4 х 15 м . Устройство обоих детекторов одинаково — они состоят из поливинилхлоридных ячеек, заполненных жидким сцинтиллятором , а световые импульсы от них собираются специальным оптоволокном . Ближний детектор находится под землёй на глубине 100 м, а дальний — на поверхности .

Из-за осцилляций состав частиц, зарегистрированных дальним детектором, должен отличаться от состава первоначального пучка: мюонных нейтрино становится меньше, и появляются электронные нейтрино, которых в нём не было.

Результаты

С февраля 2014 по февраль 2017 года эксперимент проводился с нейтринным, с февраля 2017 года по настоящее время — с антинейтринным пучком. За это время накоплена статистика, соответствующая 8.85·10 20 столкновениям протонов с мишенью в первом и 6.91·10 20 во втором режиме (поскольку непосредственно измерить интенсивность нейтринного пучка невозможно, её оценивают косвенно по количеству протонов в первичном пучке) .

За это время (с учётом отбора событий по разнообразным критериям, подробно описанным в оригинальных статьях) в дальнем детекторе зарегистрировано :

  • мюонных нейтрино:
    • в нейтринном режиме — 113 событий (в отсутствие осцилляций ожидалось 730)
    • в антинейтринном режиме — 65 событий (без осцилляций было бы 266)
  • электронных нейтрино:
    • в нейтринном режиме — 58 событий (при оценке фона 15 событий)
    • в антинейтринном режиме — 18 (при ожидании фона 5.3).

Совместный анализ данных нейтринного и антинейтринного режимов указывает на прямую иерархию масс ( ) на уровне достоверности , наиболее вероятные значения фазы , угла смешивания и разности масс .

Примечания

  1. Илья Ехлаков от 6 февраля 2018 на Wayback Machine
  2. Илья Хель 10 октября 2014 года от 1 марта 2018 на Wayback Machine
  3. arXiv :
  4. arXiv :
  5. Материалы XXVIII международной конференции Neutrino 2018, Гейдельберг, 4-9 июня 2018 года (англ.) . — doi : .
  6. . Дата обращения: 12 декабря 2018. 15 декабря 2018 года.

Ссылки

Источник —

Same as NOvA (эксперимент)