NOvA (experiment)

NOvA är ett experiment för att studera neutrinoscillationer [1] . Började arbeta 2014 [2] .

Syftet med experimentet

Som nu är känt sammanfaller inte neutriner med ett visst leptontal ( , , och ) med tillstånd med en viss massa ( , och ), utan är deras överlagring : $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$

${\begin{pmatrix}\nu _{e}\\\nu _{\mu }\\\nu _{\tau }\end{pmatrix}}=U{\begin{pmatrix}\nu _ {1}\\\nu _{2}\\\nu _{3}\end{pmatrix}}$

där är en enhetlig matris på 3 x 3. Om massorna av tillstånden , och är olika ( ), är neutrinerna , , och , som produceras, till exempel i kärnreaktioner, inte stationära tillstånd , utan lämnas till sig själva, med tiden förvandlas till vän och tillbaka. Detta fenomen, ur en matematisk synvinkel, liknar takterna i ett system av kopplade pendlar och är känt som neutrinoscillationer . $U$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$ ${\displaystyle m_{1}\neq m_{2}\neq m_{3))$ $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$

Transformationsmatrisen beror i allmänhet på fyra parametrar: tre Euler-vinklar och fas : $U$ ${\displaystyle \theta _{ij))$ $\delta$

$U={\begin{pmatrix}1&0&0\\0&\cos \theta _{23}&\sin \theta _{23}\\0&-\sin \theta _{23}&\cos \theta _ {23}\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}\cos \theta _{13}&0&e^{-i\delta }\sin \theta _{13}\\0&1&0\\-e^{i\ delta }\sin \theta _{13}&0&\cos \theta _{13}\\\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}\cos \theta _{12}&\sin \theta _{12} &0\\-\sin \theta _{12}&\cos \theta _{12}&0\\0&0&1\end{pmatrix}}$

Fasojämlikhet noll eller innebär brott mot CP-invarians . En liknande parameter i kvarkblandningsmatrisen är ansvarig för CP-paritetsbrott i K-mesonförfall . $\delta$ $\pi$

Värden och uppmätta i experiment med elektronneutriner: solenergi och reaktor . ${\displaystyle \Delta m_{12}^{2}=m_{1}^{2}-m_{2}^{2))$ $\theta _{12}$

Syftet med NOvA-experimentet är att mäta mängderna och . För detta observeras "försvinnandet" av myonneutrinon ( ) och dess omvandling till en elektronisk ( ), och liknande processer som involverar antineutrinos - . $\delta$ $\theta _{23}$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=m_{3}^{2}-m_{2}^{2))$ ${\displaystyle \nu _{\mu }\to \nu _{\mu ))$ ${\displaystyle \nu _{\mu }\to \nu _{e))$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu}}_{\mu }$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu}}_{e}$

Utrustning

Experimentet använder en stråle av muonneutriner NuMI, skapad av acceleratorn vid Fermilab , och två detektorer : en nära en på ett avstånd av 1 km från neutrinokällan och en långt bort på ett avstånd av 810 km, i Minnesota [3] .

Neutrinostrålen skapas enligt följande: protoner som accelereras till en energi av 120 GeV faller på ett grafitmål; därvid föds bland annat pioner och kaoner . De fokuseras med hjälp av ett magnetiskt fält av en speciell konfiguration, och när de sönderfaller produceras neutriner (antineutriner), främst myoner [4] . Enligt experimenterare är detta den mest kraftfulla neutrinostrålen i världen för tillfället (2018) [5] .

Fjärrdetektorn som väger 14 000 ton har måtten 15 x 15 x 60 m. Närdetektorn väger 300 ton och har måtten 4 x 4 x 15 m [6] . Enheten för båda detektorerna är densamma - de består av polyvinylkloridceller fyllda med en vätskescintillator , och ljuspulser från dem samlas upp av en speciell optisk fiber . Närdetektorn är placerad under jord på 100 m djup och den bortre på ytan [3] .

På grund av svängningar bör sammansättningen av partiklarna som registreras av den bortre detektorn skilja sig från sammansättningen av den ursprungliga strålen: det finns färre muonneutriner och elektronneutriner som inte fanns i den.

Resultat

Från februari 2014 till februari 2017 utfördes experimentet med en neutrinostråle, från februari 2017 till idag med en antineutrinostråle. Under denna tid har statistik ackumulerats motsvarande 8,85 10 20 kollisioner av protoner med målet i det första läget och 6,91 10 20 i det andra läget (eftersom det är omöjligt att direkt mäta intensiteten hos neutrinostrålen, uppskattas det indirekt av antalet protoner i primärstrålen) [6] .

Under denna tid (med hänsyn till urvalet av händelser enligt olika kriterier, beskrivna i detalj i de ursprungliga artiklarna), registrerade fjärrdetektorn [5] :

muon neutrinos:
- i neutrinoläget - 113 händelser (i frånvaro av svängningar förväntades 730)
- i antineutrino-läget - 65 händelser (utan svängningar skulle det finnas 266)
elektronneutriner:
- i neutrinoläge - 58 händelser (med bakgrundsbedömning 15 händelser)
- i antineutrino-läget - 18 (när man väntar på bakgrund 5.3).

En gemensam analys av data från neutrino- och antineutrinoregimerna indikerar [5] en direkt masshierarki ( ) på konfidensnivån , de mest sannolika värdena för fasen , blandningsvinkel och massskillnad . ${\displaystyle m_{3}>m_{2))$ $1.8\sigma$ $\delta =0.17\pi$ $\sin ^{2}\theta _{23}=0,58$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=2.51\cdot 10^{-3}{\text{eV))^{2))$

Anteckningar

↑ Ilya Yekhlakov Experiment NOνA Arkiverad 6 februari 2018 på Wayback Machine
↑ Ilya Khel 10 oktober 2014 NOvA neutrinoexperimentet började arbeta Arkiverad 1 mars 2018 på Wayback Machine
↑ 1 2 arXiv : 1806.00096
↑ arXiv : 1601.05022
↑ 1 2 3 Proceedings of the XXVIII internationella konferens Neutrino 2018, Heidelberg, 4-9 juni 2018 (eng.) . - doi : 10.5281/zenodo.1286758 .
↑ 1 2 NOvA-experimentet får första - och oväntade - resultat med antineutrinostråle . Hämtad 12 december 2018. Arkiverad från originalet 15 december 2018. (obestämd)

Länkar

FermiLab NOvA Arkiverad 6 januari 2018 på Wayback Machine
JINR NOvA Arkiverad 2 augusti 2018 på Wayback Machine

Experiment och detektorer i neutrinofysik
Upptäckter	Reines och Cowan experiment ( ν e ) Lederman-Schwarz-Steinberger ( ν μ ) MURK ( ν τ )
Drift	ANITA ANTARES Baikal BNO BÄST Borexino daya bay Dubbel Chooz EXO GNO ICARUS iskub KamLAND KARMEN LNGS LVD MAKRO MAJORANA MARIACHI MINERνA MINOS MiniBooNE NA61/SHINE NARC NEMO NESTOR NOT NOvA NuMI OPERA RENO RIS Super-Kamiokande NYHETER T2K HÄXA
Under konstruktion	ARA ARIANNA KATRIN KM3Net NEMO SNO+ Hyper Kamiokande
Stängd	AMANDA CDHS VÄLJ MUNK GALLEX Gargamelle hemmainsats IMB K2K Kamiokande KGF LSND SALVIA SciBooNE SNO Soudan 2
Föreslog	DUSEL INO LAGUNA LENA Neutrinofabriken UNO CUORE DYN
Inställt	DUMAND-projektet EUSO