МИНОС
Эксперимент по физике элементарных частиц
Передняя часть дальнего детектора MINOS. Слева — диспетчерская, справа — фреска Джозефа Джаннетти.

Поиск осцилляций нейтрино в главном инжекторе ( MINOS ) — эксперимент по физике элементарных частиц , разработанный для изучения явлений осцилляций нейтрино , впервые обнаруженных в эксперименте Super-Kamiokande (Super-K) в 1998 году. Нейтрино , производимые линией пучка NuMI («Нейтрино в главном инжекторе») в Фермилабе недалеко от Чикаго , наблюдаются на двух детекторах: один находится очень близко к месту создания пучка ( ближний детектор ), а другой — гораздо более крупный детектор — в 735 км на севере Миннесоты ( дальний детектор ).

Эксперимент MINOS начал обнаруживать нейтрино из пучка NuMI в феврале 2005 года. 30 марта 2006 года коллаборация MINOS объявила, что анализ начальных данных, собранных в 2005 году, согласуется с осцилляциями нейтрино, с параметрами осцилляций, которые согласуются с измерениями Super-K. [1] MINOS получил последние нейтрино из линии пучка NUMI в полночь 30 апреля 2012 года. [2] [3] Он был модернизирован до MINOS+ , который начал собирать данные в 2013 году. [4] Эксперимент был остановлен 29 июня 2016 года, а дальний детектор был демонтирован и вывезен. Он был перемещен в Пуэрто-Вальярта, Халиско, Мексика. [5]

Детекторы

Здание службы MINOS в Фермилабе, вход в подземный зал MINOS, где находится ближний детектор. [6]

В эксперименте задействованы два детектора.

  • Ближний детектор по конструкции аналогичен дальнему детектору, но меньше по размеру и имеет массу980  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 был завершен в декабре 2004 года, и сейчас он полностью работоспособен.
  • Дальний детектор имеет массу5,4  кт . Он расположен в шахте Судан в Северной Миннесоте на глубине 716 метров. Дальний детектор полностью работоспособен с лета 2003 года и собирает данные о космических лучах и атмосферных нейтрино с самого начала своего строительства.

Оба детектора MINOS представляют собой стальные сцинтилляционные калориметры , изготовленные из чередующихся плоскостей намагниченной стали и пластиковых сцинтилляторов. Магнитное поле заставляет траекторию мюона, образованного при взаимодействии мюонного нейтрино , изгибаться, что позволяет отличать взаимодействия с нейтрино от взаимодействий с антинейтрино. Эта особенность детекторов MINOS позволяет MINOS искать нарушение CPT с атмосферными нейтрино и антинейтрино.

Нейтринный пучок

Целевой зал NuMI (слева), начальная точка туннеля NuMI с главным инжектором на заднем плане. [7]

Для создания пучка NuMI протонные импульсы главного инжектора 120 ГэВ попадают в графитовую мишень с водяным охлаждением . В результате взаимодействия протонов с материалом мишени образуются пионы и каоны , которые фокусируются системой магнитных рогов . Нейтрино от последующих распадов пионов и каонов образуют нейтринный пучок . Большинство из них являются мюонными 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 через вещество, подавляющее большинство нейтрино проходят через ближний детектор и 734 км скальной породы, затем через дальний детектор и уходят в космос. На пути к Судану около 20% мюонных нейтрино осциллируют в другие ароматы .

Цели и результаты по физике

MINOS измеряет разницу в составе нейтринного пучка и распределении энергии в ближнем и дальнем детекторах с целью получения точных измерений разности квадратов масс нейтрино и угла смешивания . Кроме того, MINOS отслеживает появление электронных нейтрино в дальнем детекторе и либо измеряет, либо устанавливает ограничение на вероятность осцилляции мюонных нейтрино в электронные нейтрино.

29 июля 2006 года коллаборация MINOS опубликовала статью, в которой были даны их первоначальные измерения параметров осцилляций, судя по исчезновению мюонных нейтрино. Это: Δ m2
23=2.74+0,44
−0,26× 10−3 эВ 2 / c 4 и sin 2 (2 θ 23 ) > 0,87 ( 68% доверительный интервал ). [8] [9]

В 2008 году MINOS опубликовал еще один результат, используя более чем в два раза предыдущие данные (3,36×10 20 протонов на мишени; сюда входит первый набор данных). Это наиболее точное измерение Δ m 2 . Результаты таковы: Δ m2
23=2.43+0,13
−0,13× 10−3 эВ 2 / c 4 и sin 2 (2 θ 23 ) > 0,90 ( 90% доверительный интервал ). [10]

В 2011 году приведенные выше результаты были обновлены снова, с использованием более чем двойной выборки данных (воздействие 7,25×10 20 протонов на мишень) и улучшенной методологии анализа. Результаты таковы: Δ m2
23=2.32+0,12
−0,08× 10−3 эВ 2 / c 4 и sin 2 (2 θ 23 ) > 0,90 (90% доверительный интервал). [11]

В 2010 и 2011 годах MINOS сообщил о результатах, согласно которым существует разница в исчезновении и, следовательно, в массах между антинейтрино и нейтрино, что нарушает симметрию CPT . [12] [13] [14] Однако после оценки дополнительных данных в 2012 году MINOS сообщил, что этот разрыв закрылся и больше нет избытка. [15] [16]

Результаты космических лучей с дальнего детектора MINOS показали, что существует сильная корреляция между измеренными космическими лучами высокой энергии и температурой стратосферы . Впервые показано, что суточные изменения вторичных космических лучей с 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 пролета нейтрино

В 2007 году эксперимент с детекторами MINOS выявил скорость3  ГэВ нейтрино будут1.000 051 (29)  c при уровне достоверности 68% и при уровне достоверности 99% в диапазоне между0,999 976  с в1,000 126  c . Центральное значение было выше скорости света; однако неопределенность была достаточно велика, чтобы результат также не исключал скорости, меньшие или равные скорости света на этом высоком уровне достоверности. [20] [21]

После того, как детекторы для проекта были модернизированы в 2012 году, MINOS скорректировал свой первоначальный результат и нашел согласие со скоростью света, с разницей во времени прибытия −0,0006% (±0,0012%) между нейтрино и светом. Будут проведены дальнейшие измерения. [22]

Ссылки

  1. ^ "Эксперимент MINOS проливает свет на тайну исчезновения нейтрино" (пресс-релиз). 30 марта 2006 г. Архивировано из оригинала 19 сентября 2007 г. Получено 2009-08-03 .
  2. ^ "MINOS Run Period Run Subrun Ranges (MRPRSR)" . Получено 4 ноября 2012 г. .
  3. ↑ де Йонг, Джеффри (12 сентября 2012 г.). «Окончательные» результаты MINOS (PDF) . Проверено 13 декабря 2012 г.
  4. ^ Tzanankos, G; et al. (2011). "MINOS+: предложение FNAL запустить MINOS с пучком NuMI средней энергии" (PDF) . Fermilab-Proposal-1016 .
  5. ^ Олмстед, Молли (2016-08-01). "Fermilab прощается с MINOS". Fermi National Accelerator Lab . Получено 16 мая 2017 г.
  6. ^ Басу, Парома (30 марта 2006 г.). «Физики говорят, что эксперимент стоимостью в несколько миллионов долларов продвигается гладко». Wisconsin Online . Получено 14 августа 2015 г.
  7. ^ «Карта сайта NuMI/MINOS» . Фермилаб . Проверено 14 августа 2015 г.
  8. ^ DG Michael; et al. (2006). "Наблюдение исчезновения мюонных нейтрино с помощью детекторов MINOS в пучке нейтрино NuMI". Physical Review Letters . 97 (19): 191801. arXiv : hep-ex/0607088 . Bibcode :2006PhRvL..97s1801M. doi :10.1103/PhysRevLett.97.191801. PMID  17155614. S2CID  119458915.
  9. ^ P. Adamson; et al. (2008). "Исследование исчезновения мюонных нейтрино с использованием нейтринного пучка главного инжектора Фермилаб". Physical Review D. 77 ( 7): 072002. arXiv : 0711.0769 . Bibcode : 2008PhRvD..77g2002A. doi : 10.1103/PhysRevD.77.072002. S2CID  5626908.
  10. ^ P. Adamson; et al. (2008). "Измерение осцилляций нейтрино с помощью детекторов MINOS в пучке NuMI". Physical Review Letters . 101 (13): 131802. arXiv : 0806.2237 . Bibcode : 2008PhRvL.101m1802A. doi : 10.1103/PhysRevLett.101.131802. PMID  18851439. S2CID  1036381.
  11. ^ P. Adamson; et al. (2011). "Измерение расщепления массы нейтрино и смешивания ароматов с помощью MINOS". Physical Review Letters . 106 (18): 181801. arXiv : 1103.0340 . Bibcode :2011PhRvL.106r1801A. doi :10.1103/PhysRevLett.106.181801. PMID  21635083. S2CID  2264842.
  12. ^ "Новые измерения эксперимента MINOS в Фермилабе указывают на разницу в ключевом свойстве нейтрино и антинейтрино". Пресс-релиз Фермилаба. 14 июня 2010 г. Получено 14 декабря 2011 г.
  13. ^ Сотрудничество MINOS (2011). «Первое прямое наблюдение исчезновения мюонного антинейтрино». Physical Review Letters . 107 (2): 021801. arXiv : 1104.0344 . Bibcode : 2011PhRvL.107b1801A. doi : 10.1103/PhysRevLett.107.021801. PMID  21797594. S2CID  14782259.
  14. ^ MINOS Collaboration (2011). "Поиск исчезновения мюонных антинейтрино в пучке нейтрино NuMI". Physical Review D. 84 ( 7): 071103. arXiv : 1108.1509 . Bibcode : 2011PhRvD..84g1103A. doi : 10.1103/PhysRevD.84.071103. S2CID  6250231.
  15. ^ "Эксперимент Фермилаб объявляет о лучшем в мире измерении ключевого свойства нейтрино". Пресс-релиз Фермилаб. 5 июня 2012 г. Получено 20 июня 2012 г.
  16. ^ Сотрудничество MINOS (2012). "Улучшенное измерение исчезновения мюонного антинейтрино в MINOS". Physical Review Letters . 108 (19): 191801. arXiv : 1202.2772 . Bibcode : 2012PhRvL.108s1801A. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.191801. PMID  23003026. S2CID  7735148.
  17. ^ Osprey, S.; Barnett, J.; Smith, J.; MINOS Collaboration (7 марта 2009 г.). «Внезапные стратосферные потепления, обнаруженные в глубоких подземных мюонных данных MINOS» (PDF) . Geophysical Research Letters . 36 (5): L05809. Bibcode : 2009GeoRL..36.5809O. doi : 10.1029/2008GL036359. S2CID  13986839.
  18. ^ Адамсон, П. и др. (1 января 2010 г.). «Наблюдение вариаций интенсивности мюонов по сезонам с помощью дальнего детектора MINOS». Physical Review D. 81 ( 1): 012001. arXiv : 0909.4012 . Bibcode : 2010PhRvD..81a2001A. doi : 10.1103/PhysRevD.81.012001. S2CID  119126084.
  19. ^ Адамсон, П.; и др. (2011). «Наблюдение в дальнем детекторе MINOS затенения космических лучей солнцем и луной». Astroparticle Physics . 34 (6): 457– 466. arXiv : 1008.1719 . Bibcode :2011APh....34..457A. doi :10.1016/j.astropartphys.2010.10.010. S2CID  119225041.
  20. ^ P. Adamson et al. (MINOS Collaboration) (2007). "Измерение скорости нейтрино с помощью детекторов MINOS и нейтринного пучка NuMI". Physical Review D. 76 ( 7): 072005. arXiv : 0706.0437 . Bibcode : 2007PhRvD..76g2005A. doi : 10.1103/PhysRevD.76.072005. S2CID  14358300.
  21. ^ D. Overbye (22 сентября 2011 г.). «Крошечные нейтрино, возможно, нарушили космический предел скорости». New York Times . Эта группа обнаружила, хотя и с меньшей точностью, что скорости нейтрино соответствуют скорости света.
  22. ^ "MINOS сообщает о новом измерении скорости нейтрино". Fermilab сегодня. 8 июня 2012 г. Получено 8 июня 2012 г.

47°49′12″с.ш. 92°14′30″з.д. / 47.82000°с.ш. 92.24167°з.д. / 47.82000; -92.24167

  • НуМИ и МИНОС
  • Запись эксперимента MINOS на INSPIRE-HEP
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MINOS&oldid=1240824767"