Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не следует путать с NOVA или NOVA .
Эксперимент NOvA Neutrino
NOvA Far Detector.jpg
Фотография детектора NOvA Far
ОрганизацияNOvA сотрудничество
Место расположенияРека Эш, Миннесота, США
Координаты48 ° 22′45 ″ с.ш. 92 ° 50′1 ″ з.д. / 48,37917 ° с.ш.92,83361 ° з. / 48.37917; -92,83361 Координаты: 48 ° 22′45 ″ с.ш. 92 ° 50′1 ″ з.д.  / 48,37917 ° с.ш.92,83361 ° з. / 48.37917; -92,83361
Интернет сайтnovaexperiment .fnal .gov
NOvA находится в США.
Новая звезда
Место проведения эксперимента NOvA Neutrino
[ редактировать в Викиданных ]
Сравнение дальних и ближних детекторов NOvA с размером Airbus A380.

NOνA ( Numi внеосевого v , е эксперимент Внешнего вида) является физика элементарных частиц эксперимента предназначен для обнаружения нейтрино в Fermilab «s Numi (Нейтрино в главном Injector) пучке . NOνA, призванный стать преемником MINOS , состоит из двух детекторов: одного в Фермилабе ( ближний детектор ) и одного в северной Миннесоте ( дальний детектор ). Нейтрино от NuMI проходят через 810 км от Земли, чтобы достичь дальнего детектора. Основная цель NOνA - наблюдать колебанияиз мюонных нейтрино в электронные нейтрино. Основные физические цели NOvA: [1]

  • Точное измерение для нейтрино и антинейтрино угла смешивания θ 23 , особенно если он больше, меньше или равен 45 °
  • Точное измерение для нейтрино и антинейтрино связанного расщепления масс Δm 2 32
  • Сильные ограничения на CP-нарушающую фазу δ
  • Сильные ограничения на иерархию масс нейтрино

Физические цели [ править ]

Основные цели [ править ]

Осцилляции нейтрино параметризуются матрицей PMNS и разностью квадратов масс между собственными состояниями масс нейтрино . Предполагая , что три ароматизаторов нейтрино участвуют в смешивании нейтрино, есть шесть переменных , которые влияют на осцилляции нейтрино: три угла & thetas ; 12 , θ 23 и θ 13 , фазовый СР-нарушение δ , и любые два из трех массы квадратов разностей. В настоящее время нет веских теоретических оснований ожидать какого-либо конкретного значения или взаимосвязи между этими параметрами.

θ 23 и θ 12 были измерены , чтобы быть ненулевым несколько экспериментов , но наиболее чувствительный поиск ненулевой thetas ; 13 в сотрудничестве Chooz дали лишь верхний предел. В 2012 году , θ 13 была измерена в Дайя - Бей , чтобы быть ненулевым к статистической значимости из 5.2  сг . [2] В следующем году T2K обнаружил переход, исключая гипотезу о неприбытии со значимостью 7,3  σ . [3] Нет измерения δбыло изготовлено. Абсолютные значения двух разностей квадратов масс известны, но поскольку одно очень мало по сравнению с другим, порядок масс не определен.

Вероятности колебаний, игнорируя эффекты материи и предполагая, что θ 13 близка к текущему пределу. NOνA будет наблюдать первый пик.

NOνA на порядок более чувствителен к θ 13, чем эксперименты предыдущего поколения, такие как MINOS . Он будет измерять его путем поиска перехода в пучке NuMI Фермилаб . Если ненулевое значение θ 13 разрешается с помощью NOνA, можно будет получить измерения δ и упорядочения масс, также наблюдая . Параметр δ может быть измерен, потому что он по-разному изменяет вероятности осцилляции для нейтрино и антинейтрино. . Упорядочение масс, аналогичным образом, может быть определено, поскольку нейтрино проходят через Землю, что за счет эффекта МСВ, изменяет вероятности осцилляции по-разному для нейтрино и антинейтрино. [4]

Важность [ править ]

Насколько нам известно, массы нейтрино и углы смешивания являются фундаментальными константами Вселенной. Их измерение - основное требование для нашего понимания физики. Знание значения параметра δ, нарушающего СР , поможет нам понять, почему во Вселенной существует асимметрия материи и антивещества . Кроме того, согласно теории механизма качелей , очень маленькие массы нейтрино могут быть связаны с очень большими массами частиц, которые у нас пока нет технологии для непосредственного изучения. Таким образом, измерения нейтрино являются косвенным способом изучения физики при чрезвычайно высоких энергиях. [4]

В нашей современной теории физики нет причин, по которым углы смешивания нейтрино должны иметь какие-либо конкретные значения. И все же из трех углов смешивания нейтрино только θ 12 не был признан ни максимальным, ни минимальным. Если измерения NOνA и другие будущие эксперименты продолжат показывать θ 23 как максимальное, а θ 13 как минимальное, это может указывать на некоторую пока еще неизвестную симметрию природы. [4]

Связь с другими экспериментами [ править ]

NOνA потенциально может разрешить иерархию масс, поскольку работает при относительно высокой энергии. Из проводимых в настоящее время экспериментов он имеет самые широкие возможности для однозначного измерения с наименьшей зависимостью от значения δ . Многие будущие эксперименты, которые будут стремиться сделать точные измерения свойств нейтрино, будут полагаться на измерения NOνA, чтобы знать, как сконфигурировать свое устройство для максимальной точности и как интерпретировать их результаты.

Эксперимент, похожий на NOνA, - это T2K , эксперимент на пучке нейтрино в Японии, подобный NOνA. Как и NOνA, он предназначен для измерения θ 13 и δ . Он будет иметь базу 295 км и будет использовать нейтрино с более низкой энергией, чем NOνA, около 0,6 ГэВ. Поскольку эффекты вещества менее выражены как при более низких энергиях, так и при более коротких базах, невозможно разрешить массовое упорядочение для большинства возможных значений δ . [5]

Интерпретация экспериментов по безнейтринному двойному бета-распаду также выиграет от знания порядка масс, поскольку иерархия масс влияет на теоретические времена жизни этого процесса. [4]

Реакторные эксперименты также позволяют измерять θ 13 . Хотя они не могут измерить δ или массовое упорядочение, их измерение угла смешивания не зависит от знания этих параметров. Три эксперимента, в которых измеряли значение θ 13 в порядке убывания чувствительности: Daya Bay в Китае, RENO в Южной Корее и Double Chooz во Франции, в которых используются базовые линии 1-2 км, оптимизированные для наблюдения первого θ 13 - максимум контролируемых колебаний. [6]

Дополнительные цели [ править ]

В дополнение к своим основным физическим целям NOνA сможет улучшить измерения уже измеренных параметров колебаний. NOνA, как и MINOS , хорошо подходит для обнаружения мюонных нейтрино и поэтому сможет уточнить наши знания о θ 23 .

Ближний детектор NOνA будет использоваться для измерения сечений нейтринного взаимодействия, которые в настоящее время неизвестны с высокой степенью точности. Его измерения в этой области будут дополнять другие аналогичные предстоящие эксперименты, такие как MINERνA , в котором также используется пучок NuMI . [7]

Поскольку он способен обнаруживать нейтрино от галактических сверхновых звезд , NOνA станет частью Системы раннего предупреждения о сверхновых . Данные о сверхновых от NOνA можно сопоставить с данными от Супер-Камиоканде, чтобы изучить влияние вещества на колебания этих нейтрино. [4]

Дизайн [ править ]

Для достижения своих физических целей NOνA необходимо эффективно обнаруживать электронные нейтрино, которые, как ожидается, появятся в пучке NuMI (первоначально состоящем только из мюонных нейтрино) в результате осцилляции нейтрино.

Поперечный разрез Земли с изображением Фермилаба, MINOS и NOνA в масштабе. Красная линия - центральная ось пучка NuMI .

Предыдущие нейтринные эксперименты, такие как MINOS , уменьшили фон от космических лучей , поскольку они находятся под землей. Однако NOνA находится на поверхности и полагается на точную информацию о времени и четко определенную энергию луча для уменьшения количества паразитных фоновых импульсов. Он расположен в 810 км от начала луча NuMI и в 14  миллирадианах (12 км) к западу от центральной оси луча. В этом положении он измеряет луч, который имеет гораздо более узкое распределение энергии, чем если бы он был расположен в центре, что еще больше снижает влияние фона. [4]

Детектор выполнен в виде пары жидкостных сцинтилляционных детекторов с мелкими частицами. Ближний детектор находится в Фермилабе и измеряет неосциллирующий луч. Дальний детектор находится в северной Миннесоте и состоит из примерно 500 000 ячеек, каждая размером 4 см × 6 см × 16 м, заполненных жидким сцинтиллятором . Каждая ячейка содержит петлю оголенного оптоволоконного кабеля для сбора сцинтилляционного света, оба конца которого ведут к лавинному фотодиоду для считывания.

Ближний детектор NOνA. (Больше цифр на Фермилаб [8] )

Вблизи детектора имеет ту же общую конструкцию, но составляет лишь около 1 / в 200 , как массивные. Этот 222-тонный детектор состоит из 186 плоскостей ячеек, заполненных сцинтиллятором (6 блоков по 31 плоскости), за которыми следует мюон.ловец. Хотя все самолеты идентичны, первые 6 используются как область вето; ливни частиц, которые начинаются в них, считаются не нейтрино и игнорируются. Следующие 108 плоскостей служат опорным регионом; ливни частиц, начинающиеся в них, представляют интерес для нейтринных взаимодействий. Окончательные 72 самолетов являются «душа сдерживание области», который наблюдается хвостовой частью ливней частиц, которая началась в доверительной области. Наконец, область «улавливателя мюонов» длиной 1,7 метра состоит из стальных пластин, чередующихся с 10 активными плоскостями жидкого сцинтиллятора.

Сотрудничество [ править ]

В эксперименте NOνA участвуют ученые из большого количества институтов. Разные учреждения берут на себя разные задачи. Сотрудничество и его подгруппы регулярно встречаются по телефону на еженедельных встречах и лично несколько раз в год. Участвующие учреждения по состоянию на апрель 2018 года: [9]

  • Аргоннская национальная лаборатория
  • Universidad del Atlantico
  • Индуистский университет Банараса
  • Калифорнийский технологический институт
  • Кочинский университет науки и технологий
  • Институт компьютерных наук Академии наук Чешской Республики
  • Институт физики Академии наук Чешской Республики
  • Карлов университет в Праге , факультет математики и физики, Институт элементарной и ядерной физики
  • Университет Цинциннати
  • Государственный университет Колорадо
  • Чешский технический университет
  • Университет Далласа
  • Университет Дели
  • Объединенный институт ядерных исследований , Дубна
  • Национальная ускорительная лаборатория Ферми
  • Федеральный университет Гояс
  • Иллинойсский технологический институт
  • Индийский технологический институт Гувахати
  • Гарвардский университет
  • Индийский технологический институт Хайдарабад
  • Хайдарабадский университет
  • Университет Индианы
  • Государственный университет Айовы
  • Калифорнийский университет в Ирвине
  • Университет Джамму
  • Физический институт им. П.Н. Лебедева
  • Университетский колледж Лондона
  • Университет штата Мичиган
  • Университет Миннесоты, Дулут
  • Университет Миннесоты, Миннеаполис
  • Национальный институт научного образования и исследований, Бхубанешвар, Индия
  • Институт ядерных исследований , Москва
  • Пенджабский университет
  • Питтсбургский университет
  • Университет Южной Алабамы
  • Университет Южной Каролины, Колумбия
  • Школа горного дела и технологий Южной Дакоты
  • Южный методистский университет
  • Стэндфордский Университет
  • Университет Сассекса
  • Университет Теннесси, Ноксвилл
  • Техасский университет, Остин
  • Университет Тафтса
  • Университет Вирджинии, Шарлоттсвилль
  • Государственный университет Уичито
  • Государственный университет Вайноны
  • Колледж Уильяма и Мэри

История финансирования [ править ]

В конце 2007 года NOνA прошла проверку Министерства энергетики «Критическое решение 2», что примерно означает, что ее дизайн, стоимость, график и научные цели были одобрены. Это также позволило включить проект в запрос бюджета Конгресса Министерства энергетики США. (NOνA по-прежнему требовал рассмотрения «Критического решения 3», чтобы начать строительство.)

21 декабря 2007 года президент Буш подписал сводный законопроект о расходах HR 2764, который сокращает финансирование физики высоких энергий на 88 миллионов долларов с ожидаемой суммы в 782 миллиона долларов. [10] Бюджет Фермилаба был урезан на 52 миллиона долларов. [11] В этом законопроекте прямо указано, что «В рамках финансирования физики на основе протонных ускорителей не предусмотрены средства на деятельность NOνA по усовершенствованию комплекса Теватрон». [12] [13] Таким образом, хотя проект NOνA получил одобрение Министерства энергетики и Фермилаба, Конгрессоставила NOνA без средств на 2008 финансовый год для создания детектора, оплаты труда персонала или продолжения поиска научных результатов. Однако в июле 2008 года Конгресс принял, а президент подписал закон о дополнительном бюджете [14], который включал финансирование NOνA, что позволило сотрудничеству возобновить свою работу.

Прототип ближнего детектора NOνA (ближний детектор на поверхности, или NDOS) начал работать в Фермилабе в ноябре и зарегистрировал свои первые нейтрино от пучка NuMI 15 декабря 2010 года. [15] В качестве прототипа NDOS хорошо послужил коллаборации в установлении использования и предлагая улучшения в конструкции компонентов детектора, которые позже были установлены в качестве ближнего детектора в Фермилаб и дальнего детектора в Эш-Ривер, Миннесота ( 48,37912 ° с.ш., 92,83164 ° з.д. ).48°22′45″N 92°49′54″W /  / 48.37912; -92.83164 (NOνA far detector)

После завершения строительства здания NOvA началось строительство детекторных модулей. 26 июля 2012 года был установлен первый модуль. Установка и склейка модулей продолжались более года, пока детекторный зал не был заполнен.

Первое обнаружение произошло 11 февраля 2014 года, а строительство завершилось в сентябре того же года. Полная эксплуатация началась в октябре 2014 года. [16]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Radovic Александр (12 января 2018). «Последние результаты колебаний NOvA от NOvA» (Объединенная экспериментально-теоретическая физика) . База данных документов NOvA . Фемилаб . Проверено 30 марта 2018 .
  2. ^ "Наблюдение за исчезновением электронов-антинейтрино в Дайя-Бэй". Письма с физическим обзором . 108 : 171803. 8 марта 2012 г. arXiv : 1203.1669 . Bibcode : 2012PhRvL.108q1803A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.108.171803 . PMID 22680853 . 
  3. ^ Abe, K .; и другие. (Сотрудничество T2K) (16 апреля 2014 г.). «Наблюдение за появлением электронного нейтрино в пучке мюонных нейтрино». arXiv : 1311.4750 .
  4. ^ а б в г е е Эйрес, Д.С. и другие. (Сотрудничество NOνA). «Предложение NOνA о создании внеосевого детектора мощностью 30 килотонн для изучения нейтринных осцилляций в канале излучения Фермилаб NuMI». arXiv : hep-ex / 0503053 .
  5. ^ "Эксперимент по колебаниям нейтрино в JHF" (PDF) . Сотрудничество T2K (письмо о намерениях). JHF. 21 января 2003 г.
  6. ↑ Цао, Дж. (27 сентября 2005 г.). «Эксперимент Дайя Бэй с нейтрино». arXiv : hep-ex / 0509041 .
  7. ^ McFarland, K .; и другие. (Коллаборация MINERνA). «MINERvA: специальный эксперимент по рассеянию нейтрино в NuMI». arXiv : физика / 0605088 .
  8. ^ "Обзор детектора" . fnal.gov . NOνA. Фермилаб.
  9. ^ Веб-страница NOνA: The NOvA Collaboration , получено 2 апреля 2018 г.
  10. ^ «Завершение бюджетного цикла с разочаровывающими результатами науки Министерства энергетики» . FYI Number 121. Американский институт физики. 18 декабря 2007 . Проверено 21 декабря 2007 года .
  11. ^ Работа, Рассел (20 декабря 2007 г.). «Бюджет Фермилаб сокращен на 52 миллиона долларов, вероятны увольнения» . Чикаго Трибьюн . Архивировано из оригинального 24 декабря 2007 года . Проверено 21 декабря 2007 года .
  12. ^ «Поправки палаты представителей к поправке Сената к HR 2764 - Закон об ассигнованиях на государственные, иностранные операции и связанные программы, 2008 г.» (PDF) . Дивизион C - Энергия и вода. Закон о консолидированных ассигнованиях, 2008 г. стр. 39 (PDF страницы 79. Архивировано из оригинального (PDF) 26 декабря 2007 . Проверено +21 декабря +2007 .
  13. ^ «Индексная страница для всей поправки» . HR 2764. Архивировано из оригинала 26 декабря 2007 года.
  14. ^ Minkel, JR (7 июля 2008). «Фермилаб спас от пламени - пока» . Scientific American .
  15. ^ "Первые нейтрино для прототипа детектора NOvA" . Фермилаб сегодня . 21 декабря 2010. с. 1 . Проверено 22 декабря 2010 года .
  16. ^ "500-мильный нейтринный эксперимент Фермилаба запущен и работает" . Взаимодействия NewsWire. 6 октября 2014 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт NOνA
  • Статья «NOνA: эксперимент по появлению нейтрино» в журнале « Симметрия »
  • Фотографии конструкции детектора NOνA