МИНОС - MINOS

Для использования в других целях см. Минос (значения).
Лицевая сторона дальнего извещателя MINOS. Слева - диспетчерская, а справа - фреска. Джозеф Джаннетти.

Поиск нейтринных осцилляций главного инжектора (МИНОС) был физика элементарных частиц эксперимент, предназначенный для изучения явлений осцилляции нейтрино, впервые обнаруженный Супер-Камиоканде (Супер-К) эксперимент 1998 года. Нейтрино произведенный NuMI («Нейтрино в главном инжекторе») луч в Фермилаб возле Чикаго наблюдаются на двух детекторах, один очень близко к месту генерации пучка ( возле детектора), и еще один гораздо более крупный детектор в 735 км на севере Миннесота (в 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 от луча NUMI в полночь 30 апреля 2012 года.[2][3] Он был обновлен до MINOS + который начал собирать данные в 2013 году.[4] 29 июня 2016 г. эксперимент был остановлен, дальний детектор демонтирован и снят.[5]

Детекторы

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 тонны (т). Он расположен в Фермилаб, в нескольких сотнях метров от графит цель, которая протоны взаимодействуют и находятся 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 kt. Он расположен в Судан шахта в Северной Миннесоте на глубине 716 метров. Дальний детектор полностью введен в эксплуатацию с лета 2003 г. космический луч и атмосферный нейтрино данные с самого начала его строительства.

Оба детектора MINOS стали -сцинтиллятор отбор проб калориметры изготовлен из чередующихся плоскостей намагниченной стали и пластик сцинтилляторы. В магнитное поле вызывает путь мюон произведено в мюонное нейтрино взаимодействие изгибаться, позволяя отличить взаимодействия с нейтрино от взаимодействий с антинейтрино. Эта функция детекторов MINOS позволяет MINOS искать CPT-нарушение с атмосферными нейтрино и антинейтрино.

Луч нейтрино

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

Для производства NuMI луч, 120 ГэВ Главный инжектор импульсы протонов попадают в охлаждаемый водой графит цель. В результате взаимодействия протонов с материалом мишени производят пионы и каоны, которые сфокусированы системой магнитные рожки. Нейтрино от последующих распадов пионов и каонов образуют пучок нейтрино. Большинство из них - мюонные нейтрино с небольшим электронное нейтрино загрязнение. Взаимодействие нейтрино в ближнем детекторе используется для измерения начальной нейтринной поток 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 физики

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 угол 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 приведены их первоначальные измерения параметров осцилляций по исчезновению мюонных нейтрино. Это: Δм2
23 = 2.74+0.44
−0.26 × 10−3 эВ2/ c4 и грех2(2θ23) > 0.87 (68% доверительный интервал ).[8][9]

В 2008 году MINOS опубликовал еще один результат, в котором были использованы данные, более чем вдвое превышающие предыдущие (3,36 × 1020 протоны-мишени; это включает первый набор данных). Это наиболее точное измерение Δм2. Результат: Δм2
23 = 2.43+0.13
−0.13 × 10−3 эВ2/ c4 и грех2(2θ23) > 0.90 (90% доверительный интервал ).[10]

В 2011 году приведенные выше результаты были снова обновлены с использованием более чем двойной выборки данных (экспозиция 7,25 × 1020 протоны на мишени) и улучшенную методологию анализа. Результаты следующие: Δм2
23 = 2.32+0.12
−0.08 × 10−3 эВ2/ c4 и грех2(2θ23) > 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 нарушит Симметрия CPT.[12][13][14]Однако после оценки дополнительных данных в 2012 году MINOS сообщил, что этот пробел ликвидирован и превышения больше нет.[15][16]

Космический луч результаты дальнего детектора MINOS показали, что существует сильная корреляция между измеренными космическими лучами высокой энергии и температурой стратосфера. 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 смена сезонов.[18] Дальний детектор MINOS также может наблюдать уменьшение космических лучей, вызванное солнце и Луна[19]

Время полета нейтрино

Основная статья: Измерения скорости нейтрино

В 2007 году эксперимент с детекторами MINOS показал, что скорость 3 ГэВ нейтрино быть 1.000051(29) c при уровне достоверности 68% и при уровне достоверности 99% диапазон между 0.999976 c к 1.000126 c. Центральное значение было выше скорости света; однако неопределенность была достаточно большой, чтобы результат также не исключал скорости меньше или равной световой при таком высоком уровне достоверности.[20][21]

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

Рекомендации

  1. ^ «Эксперимент MINOS проливает свет на тайну исчезновения нейтрино» (Пресс-релиз). 30 марта 2006 г. Архивировано с оригинал 19 сентября 2007 г.. Получено 2009-08-03.
  2. ^ "MINOS Run Period Run Ranges (MRPRSR)". Получено 4 ноября 2012.
  3. ^ де Йонг, Джеффри (12 сентября 2012 г.). "'Окончательные результаты "MINOS" (PDF). Получено 13 декабря 2012.
  4. ^ Tzanankos, G; и другие. (2011). «MINOS +: предложение для FNAL запустить MINOS с пучком NuMI средней энергии» (PDF). Фермилаб-Предложение-1016.
  5. ^ Олмстед, Молли (2016-08-01). "Фермилаб прощается с MINOS". Национальная ускорительная лаборатория Ферми. Получено 16 мая 2017.
  6. ^ Басу, Парома (30 марта 2006 г.). "Физики говорят, что эксперимент на несколько миллионов долларов продвигается плавно". Висконсин Интернет. Получено 14 августа 2015.
  7. ^ "Карта сайта NuMI / MINOS". Фермилаб. Получено 14 августа 2015.
  8. ^ Д.Г. Майкл; и другие. (2006). «Наблюдение исчезновения мюонных нейтрино детекторами MINOS в нейтринном пучке NuMI». Письма с физическими проверками. 97 (19): 191801. arXiv:hep-ex / 0607088. Bibcode:2006ПхРвЛ..97с1801М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.97.191801. PMID  17155614.
  9. ^ П. Адамсон; и другие. (2008). «Исследование исчезновения мюонных нейтрино с использованием нейтринного пучка главного инжектора Фермилаб». Физический обзор D. 77 (7): 072002. arXiv:0711.0769. Bibcode:2008ПхРвД..77г2002А. Дои:10.1103 / PhysRevD.77.072002.
  10. ^ П. Адамсон; и другие. (2008). «Измерение осцилляций нейтрино детекторами MINOS в пучке NuMI». Письма с физическими проверками. 101 (13): 131802. arXiv:0806.2237. Bibcode:2008ПхРвЛ.101м1802А. Дои:10.1103 / PhysRevLett.101.131802. PMID  18851439.
  11. ^ П. Адамсон; и другие. (2011). «Измерение масс-расщепления нейтрино и перемешивания ароматов с помощью MINOS». Письма с физическими проверками. 106 (18): 181801. arXiv:1103.0340. Bibcode:2011ПхРвЛ.106р1801А. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.181801. PMID  21635083.
  12. ^ «Новые измерения эксперимента MINOS, проведенного Фермилабом, указывают на разницу в ключевом свойстве нейтрино и антинейтрино». Пресс-релиз Фермилаб. 14 июня 2010 г.. Получено 14 декабря 2011.
  13. ^ Сотрудничество MINOS (2011 г.). «Первое прямое наблюдение исчезновения мюонного антинейтрино». Письма с физическими проверками. 107 (2): 021801. arXiv:1104.0344. Bibcode:2011PhRvL.107b1801A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.107.021801. PMID  21797594.
  14. ^ Сотрудничество MINOS (2011 г.). «Поиски исчезновения мюонных антинейтрино в нейтринном пучке NuMI». Физический обзор D. 84 (7): 071103. arXiv:1108.1509. Bibcode:2011ПхРвД..84г1103А. Дои:10.1103 / PhysRevD.84.071103.
  15. ^ «Эксперимент Фермилаб объявляет о лучшем в мире измерении ключевого свойства нейтрино». Пресс-релиз Фермилаб. 5 июня 2012 г.. Получено 20 июня, 2012.
  16. ^ MINOS Collaboration (2012). «Улучшенное измерение исчезновения мюонных антинейтрино в MINOS». Письма с физическими проверками. 108 (19): 191801. arXiv:1202.2772. Bibcode:2012ПхРвЛ.108с1801А. Дои:10.1103 / PhysRevLett.108.191801. PMID  23003026.
  17. ^ Osprey, S .; Barnett, J .; Smith, J .; Сотрудничество MINOS (7 марта 2009 г.). "Внезапное стратосферное потепление, наблюдаемое по данным MINOS о глубоких подземных мюонах" (PDF). Письма о геофизических исследованиях. 36 (5): L05809. Bibcode:2009GeoRL..36.5809O. Дои:10.1029 / 2008GL036359.
  18. ^ Adamson, P .; и другие. (1 января 2010 г.). «Наблюдение вариаций интенсивности мюонов по сезонам с помощью дальнего детектора MINOS». Физический обзор D. 81 (1): 012001. arXiv:0909.4012. Bibcode:2010ПхРвД..81а2001А. Дои:10.1103 / PhysRevD.81.012001.
  19. ^ Adamson, P .; 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. Дои:10.1016 / j.astropartphys.2010.10.010.
  20. ^ P. Adamson et al. (Сотрудничество MINOS) (2007). «Измерение скорости нейтрино с помощью детекторов MINOS и нейтринного пучка NuMI». Физический обзор D. 76 (7): 072005. arXiv:0706.0437. Bibcode:2007ПхРвД..76г2005А. Дои:10.1103 / PhysRevD.76.072005.
  21. ^ Д. Овербай (22 сентября 2011 г.). «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 г.. Получено 8 июня, 2012.

Координаты: 47 ° 49′12 ″ с.ш. 92 ° 14′30 ″ з.д. / 47,82000 ° с. Ш. 92,24167 ° з. / 47.82000; -92.24167

внешняя ссылка