MINOS ( Main injector neutrino oscillation search ) er et partikelfysisk eksperiment designet til at studere fænomenet neutrino oscillationer, først opdaget i Super-Kamiokande (Super-K) eksperimentet i 1998. Neutrinoer produceret af NuMI ("neutrinoer fra hovedinjektoren") ved Fermilab nær Chicago observeres derefter af to detektorer, en placeret meget tæt på hvor neutrinostrålen produceres ("Near Detector"), og en anden meget større detektor placeret 735 km. i det nordlige Minnesota ("fjerndetektor").
MINOS-eksperimentet begyndte at detektere neutrinoer fra NuMI-strålen i februar 2005. Den 30. marts 2006 annoncerede MINOS-samarbejdet, at en analyse af de oprindelige data indsamlet i 2005 stemmer overens med neutrinoscillationer med oscillationsparametre, der stemmer overens med super-K-målinger [1] . MINOS modtog de sidste neutrinoer fra Numi-strålelinjen ved midnat den 30. april 2012. [2] [3] . Den blev derefter opgraderet til MINOS+, som begyndte at modtage data i 2013. Forsøget blev stoppet den 29. juni 2016, og den fjerneste detektor blev adskilt og fjernet.
Der er to detektorer i forsøget.
Begge MINOS-detektorer er stålscintillator-prøveudtagningskalorimetre , lavet af skiftende planer af magnetiseret stål og plastscintillatorer . Det magnetiske felt bruges til at afbøje banerne for myoner dannet under interaktionen mellem myonneutrinoer og et mål, hvilket gør det muligt at skelne interaktioner med neutrinoer fra interaktioner med antineutrinoer. Denne funktion i MINOS-detektorer gør det muligt for MINOS at søge efter CPT-overtrædelse med atmosfæriske neutrinoer og antineutrinoer.
NuMI bruger en 120-GeV hovedinjektor til at producere en neutrinostråle , og protonimpulserne rammer et vandkølet grafitmål . Under interaktionen mellem protoner og målmaterialet dannes pioner og kaoner , som fokuseres af kontrolsystemets magnetfelt. Efterfølgende henfald af pioner og kaoner genererer en neutrinostråle . De fleste er muoniske neutrinoer med lidt elektronneutrinokontamination . Neutrino-interaktioner i nærdetektoren bruges til at måle den indledende neutrinoflux og energispektrum. Det overvældende flertal af neutrinoer, som ikke interagerer med stof på grund af den svage interaktion, passerer gennem nærdetektoren og 734 km klipper, derefter gennem den fjerneste detektor og ud i rummet. På vej til Sudan bliver omkring 20% af muon-neutrinoer til andre typer under svingninger .
MINOS måler forskellen i neutrinostrålesammensætning og energifordeling i nær- og fjerndetektorer for at give præcise målinger af den kvadratiske neutrinomasseforskel og blandingsvinklen . Derudover leder MINOS efter forekomsten af elektronneutrinoer i den fjerneste detektor, og vil enten måle eller sætte en grænse for sandsynligheden for muon-neutrino-oscillationer til elektronneutrinoer.
Den 29. juli 2006 offentliggjorde Minos Collaboration en artikel, hvori de præsenterede deres indledende målinger af oscillationsparametrene opnået ved forsvinden af muonneutrinoer. De er : Δm2
23= 2,74+0,44
−−0,26 × 10 −3 eV 2 /c 4 og sin 2 (2 8 23 ) > 0,87 (68 % konfidensniveau ). [6] [7]
I 2008 offentliggjorde MINOS et andet resultat, der brugte mere end det dobbelte af de tidligere data (3,36×10 20 protonkollisioner på målet; inklusive det første datasæt). Dette er den mest nøjagtige måling af Δ m 2 . Resultater : ∆m2
23= 2,43+0,13
−−0,13 × 10 −3 eV 2 /c 4 og sin 2 (2 8 23 ) > 0,90 (90 % konfidensniveau ). [otte]
I 2011 blev ovenstående resultater igen opdateret ved hjælp af mere end 2x datasampling (7,25 x 10 20 protoneksponering pr. mål) og forbedret analysemetodologi. Resultater : ∆m2
23= 2,32+0,12
−−0,08 × 10 −3 eV 2 /c 4 og sin 2 2 8 23 ) > 0,90 (90 % konfidensniveau ). [9]
I 2010 og 2011 rapporterede MINOS resultater om, at der er en forskel i udryddelse, og dermed masser, mellem antineutrinoer og neutrinoer, hvilket ville bryde CPT-symmetri . [10] [11] [12] Men efter at yderligere data blev evalueret i 2012, rapporterede MINOS, at dette hul var blevet mindre, og at der ikke længere var noget overskud. [13] [14]
Resultaterne af kosmiske strålemålinger med MINOS Far Detector har vist, at der er en stærk sammenhæng mellem de målte højenergi-kosmiske stråler og temperaturen i stratosfæren . Det er for første gang blevet vist, at daglige udsving af sekundære kosmiske stråler fra en underjordisk myondetektor er forbundet med meteorologiske fænomener på planetarisk skala i stratosfæren, såsom pludselig opvarmning af stratosfæren [15] , såvel som årstidernes skiften. [16] MINOS fjerndetektoren er også i stand til at observere reduktionen af kosmiske stråler forårsaget af Solen og Månen . [17]
I 2007, under et eksperiment med Minos-detektorer, blev bevægelseshastigheden for 3 neutrinoer fundet at være 1,000051 ± (29) ved 68 % konfidenssandsynlighed og med 99 % konfidenssandsynlighed i intervallet mellem 0,999976 c og 1,00126 c . Den centrale værdi var over lysets hastighed; usikkerheden var imidlertid stor nok til, at resultatet heller ikke udelukkede hastigheder mindre end eller lig med lys ved dette høje konfidensniveau. [18] [19]
Efter at detektorerne til projektet blev opgraderet i 2012, korrigerede MINOS deres oprindelige resultat og fandt overensstemmelse med lysets hastighed, med en forskel i ankomsttider på -0,0006% (±0,0012%) mellem neutrinoer og lys. Yderligere målinger vil blive taget. [tyve]
| Eksperimenter og detektorer i neutrinofysik | |
|---|---|
| Opdagelser |
|
| Drift | |
| Under opbygning |
|
| Lukket |
|
| Foreslået |
|
| Annulleret |
|
