Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Минос (значения) .
Лицевая сторона дальнего извещателя MINOS. Слева находится диспетчерская, а справа - фреска Джозефа Джаннетти .

Поиск осцилляций нейтрино в главном инжекторе ( MINOS ) был экспериментом по физике элементарных частиц, предназначенным для изучения явления осцилляций нейтрино , впервые обнаруженных в эксперименте Супер-Камиоканде (Супер-К) в 1998 году. Нейтрино, произведенные NuMI («Нейтрино в главном инжекторе») На линии излучения в Фермилабе около Чикаго наблюдаются два детектора, один очень близко к тому месту, где создается луч ( ближний детектор ), а другой гораздо больший детектор на расстоянии 735 км в северной Миннесоте ( дальний детектор ).

Эксперимент MINOS начал регистрировать 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 осцилляциями нейтрино с параметрами осцилляций, которые согласуются с Super -K измерений. [1] MINOS получил последние нейтрино из луча NUMI в полночь 30 апреля 2012 года. [2] [3] Он был обновлен до MINOS +, который начал сбор данных в 2013 году. [4] Эксперимент был остановлен 29 июня, 2016 г., а дальний детектор демонтирован и снят. [5]

Детекторы [ править ]

Служебное здание MINOS в Фермилаб, вход в подземный зал MINOS, в котором находится ближайший детектор. [6]

В эксперименте два детектора.

  • Ближний детектор аналогичен дальнему по конструкции, но имеет меньшие размеры и массу 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 был завершен в декабре 2004 года, и теперь он полностью готов к работе.
  • Дальний детектор имеет массу 5,4  тыс . Т. Он расположен в шахте Судан в Северной Миннесоте на глубине 716 метров. Дальний детектор полностью функционирует с лета 2003 года и принимает данные о космических лучах и атмосферных нейтрино с самого начала своего создания.

Оба детектора MINOS является сталью - сцинтиллятор отбора проб калориметров , изготовленными из чередующихся плоскостей намагниченной стали и пластиковых сцинтилляторов. Магнитное поле приводит к тому , путь к мюонов , полученного в мюонных нейтрино взаимодействия согнуть, что делает возможным , чтобы отличить взаимодействие с нейтрино от антинейтрино. Эта особенность детекторов MINOS позволяет MINOS искать CPT-нарушение с помощью атмосферных нейтрино и антинейтрино.

Луч нейтрино [ править ]

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

Для создания пучка NuMI импульсы протонов главного инжектора мощностью 120 ГэВ попадают в водоохлаждаемую графитовую мишень. В результате взаимодействия протонов с материалом мишени образуются пионы и каоны , которые фокусируются системой магнитных рупоров . Нейтрино от последующих распадов пионов и каонов образуют нейтринный пучок . Большинство из них - мюонные нейтрино с небольшими примесью электронных нейтрино . Взаимодействие нейтрино в ближнем детекторе используется для измерения начального потока нейтрино.и энергетический спектр. Поскольку они слабо взаимодействуют и поэтому обычно проходят через вещество, подавляющее большинство нейтрино проходят через ближний детектор и 734 км скальных пород, 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 [ править ]

MINOS измеряет разницу в составе нейтринного пучка и распределении энергии в ближнем и дальнем детекторах с целью получения точных измерений квадрата разности масс нейтрино и угла смешивания . Кроме того, MINOS следит за появлением электронных нейтрино в дальнем детекторе и будет либо измерять, либо устанавливать предел вероятности осцилляции мюонных нейтрино в электронные нейтрино.

29 июля 2006 года коллаборация MINOS опубликовала статью, в которой были даны их первоначальные измерения параметров осцилляций по исчезновению мюонных нейтрино. Это: Δ m2
23 знак равно 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, в котором использовались более чем в два раза превышающие предыдущие данные (3,36 × 10 20 протонов на цель; это включает первый набор данных). Это наиболее точное измерение Δ м 2 . Результаты: Δ m2
23 знак равно 2,43+0,13
-0,13× 10 −3 эВ 2 / c 4 и sin 2 (2 θ 23 )> 0,90 ( доверительный интервал 90% ). [10]

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

В 2010 и 2011 годах MINOS сообщил о результатах, согласно которым существует разница в исчезновении и, следовательно, в массах антинейтрино и нейтрино, что нарушило бы симметрию CPT .[12] [13] [14] Однако после того, как в 2012 году были оценены дополнительные данные, MINOS сообщил, что этот пробел ликвидирован и больше нет избытка. [15] [16]

Результаты исследования космических лучей 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 сменой времен года. [18] Дальний детектор MINOS также может наблюдать уменьшение космических лучей, вызванных Солнцем и Луной [19]

Время полета нейтрино [ править ]

Основная статья: Измерения скорости нейтрино

В 2007 году эксперимент с детекторами MINOS показал, что скорость Нейтрино с энергией 3  ГэВ1.000 051 (29)  c при уровне достоверности 68%, а при уровне достоверности 99% диапазон между0,999 976  с к1.000 126  с . Центральное значение было выше скорости света; однако неопределенность была достаточно большой, чтобы результат также не исключал скорости меньше или равной световой при этом высоком уровне достоверности. [20] [21]

После модернизации детекторов для этого проекта в 2012 году MINOS скорректировал свой первоначальный результат и обнаружил соответствие скорости света с разницей во временах прихода нейтрино и света в -0,0006% (± 0,0012%). Будут проведены дальнейшие измерения. [22]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Эксперимент MINOS проливает свет на тайну исчезновения нейтрино» (пресс-релиз). 30 марта 2006 Архивировано из оригинала 19 сентября 2007 года . Проверено 3 августа 2009 .
  2. ^ «MINOS Run Period Run Ranges (MRPRSR)» . Проверено 4 ноября 2012 года .
  3. ^ де Йонг, Джеффри (12 сентября 2012 г.). " ' Финал' Результаты MINOS" (PDF) . Проверено 13 декабря 2012 года .
  4. ^ Tzanankos, G; и другие. (2011). «MINOS +: Предложение к FNAL по запуску MINOS с пучком NuMI средней энергии» (PDF) . Фермилаб-Предложение-1016 .
  5. ^ Олмстед, Молли (2016-08-01). «Фермилаб прощается с MINOS» . Национальная ускорительная лаборатория Ферми . Дата обращения 16 мая 2017 .
  6. ↑ Басу, Парома (30 марта 2006 г.). «Физики говорят, что эксперимент на несколько миллионов долларов продвигается плавно» . Висконсин Интернет . Проверено 14 августа 2015 года .
  7. ^ "Карта сайта NuMI / MINOS" . Фермилаб . Проверено 14 августа 2015 года .
  8. ^ DG Майкл; и другие. (2006). «Наблюдение исчезновения мюонных нейтрино детекторами MINOS в нейтринном пучке NuMI». Письма с физическим обзором . 97 (19): 191801. arXiv : hep-ex / 0607088 . Bibcode : 2006PhRvL..97s1801M . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.97.191801 . PMID 17155614 . S2CID 119458915 .  
  9. ^ П. Адамсон; и другие. (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. ^ П. Адамсон; и другие. (2008). «Измерение осцилляций нейтрино детекторами MINOS в пучке NuMI». Письма с физическим обзором . 101 (13): 131802. arXiv : 0806.2237 . Bibcode : 2008PhRvL.101m1802A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.101.131802 . PMID 18851439 . 
  11. ^ П. Адамсон; и другие. (2011). «Измерение масс-расщепления нейтрино и смешивания ароматов с помощью MINOS». Письма с физическим обзором . 106 (18): 181801. arXiv : 1103.0340 . Bibcode : 2011PhRvL.106r1801A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.106.181801 . PMID 21635083 . S2CID 2264842 .  
  12. ^ «Новые измерения эксперимента MINOS, проведенного Фермилабом, предполагают разницу в ключевом свойстве нейтрино и антинейтрино» . Пресс-релиз Фермилаб. 14 июня 2010 . Проверено 14 декабря 2011 года .
  13. ^ Сотрудничество MINOS (2011). «Первое прямое наблюдение исчезновения мюонного антинейтрино». Письма с физическим обзором . 107 (2): 021801. arXiv : 1104.0344 . Bibcode : 2011PhRvL.107b1801A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.107.021801 . PMID 21797594 . S2CID 14782259 .  
  14. ^ Сотрудничество MINOS (2011). «Поиски исчезновения мюонных антинейтрино в нейтринном пучке NuMI». Physical Review D . 84 (7): 071103. arXiv : 1108.1509 . Bibcode : 2011PhRvD..84g1103A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.84.071103 . S2CID 6250231 . 
  15. ^ "Эксперимент Fermilab объявляет о лучших в мире измерениях ключевого свойства нейтрино" . Пресс-релиз Фермилаб. 5 июня 2012 . Проверено 20 июня 2012 года .
  16. ^ Сотрудничество MINOS (2012). «Улучшенное измерение исчезновения мюонных антинейтрино в MINOS». Письма с физическим обзором . 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 .; Сотрудничество MINOS (7 марта 2009 г.). «Неожиданные стратосфере потепления видели в MINOS глубоко под землей мюонов данных» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 36 (5): L05809. Bibcode : 2009GeoRL..36.5809O . DOI : 10.1029 / 2008GL036359 .
  18. ^ Адамсон, П .; и другие. (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 другие. (2011). «Наблюдение дальним детектором MINOS затенения космических лучей Солнцем и Луной». Физика астрономических частиц . 34 (6): 457–466. arXiv : 1008,1719 . Bibcode : 2011APh .... 34..457A . DOI : 10.1016 / j.astropartphys.2010.10.010 .
  20. ^ П. Адамсон и др. (Сотрудничество MINOS) (2007). «Измерение скорости нейтрино детекторами MINOS и нейтринным пучком 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). «Крошечные нейтрино могли нарушить космический предел скорости» . Нью-Йорк Таймс . Эта группа обнаружила, хотя и с меньшей точностью, что скорости нейтрино соответствовали скорости света.
  22. ^ "MINOS сообщает о новом измерении скорости нейтрино" . Фермилаб сегодня. 8 июня 2012 . Проверено 8 июня 2012 года .

Координаты : 47 ° 49′12 ″ с.ш. 92 ° 14′30 ″ з.д. / 47,82000 ° с. Ш. 92,24167 ° з. / 47,82000; -92,24167

Внешние ссылки [ править ]

  • NuMI и MINOS