NOvA (eksperiment)

NOvA er et eksperiment til undersøgelse af neutrinoscillationer [1] . Påbegyndt arbejdet i 2014 [2] .

Formål med eksperimentet

Som det er kendt nu, falder neutrinoer med et bestemt leptontal ( , , og ) ikke sammen med tilstande med en vis masse ( , og ), men er deres superposition : $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$

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

hvor er en enhedsmatrix på 3 x 3. Hvis masserne af staterne , og er forskellige ( ), så er neutrinoerne , , og , som produceres, for eksempel i kernereaktioner, ikke stationære tilstande , men bliver overladt til sig selv, med tiden bliver til ven og tilbage. Dette fænomen ligner fra et matematisk synspunkt taktslagene i et system af koblede penduler og er kendt som neutrinoscillationer . $U$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$ $m_{1}\neq m_{2}\neq m_{3}$ $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$

Transformationsmatrixen afhænger generelt af fire parametre: tre Euler-vinkler og fase : $U$ ${\displaystyle \theta _{ij))$ $\delta$

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

Faseulighed nul eller betyder overtrædelse af CP-invarians . En lignende parameter i kvark-blandingsmatrixen er ansvarlig for CP-paritetsbrud i K-meson- henfald . $\delta$ $\pi$

Værdier og målt i eksperimenter med elektronneutrinoer: sol og reaktor . ${\displaystyle \Delta m_{12}^{2}=m_{1}^{2}-m_{2}^{2))$ $\theta _{12}$

Formålet med NOvA-forsøget er at måle mængderne og . Til dette observeres "forsvinden" af myonneutrinoen ( ) og dens transformation til en elektronisk ( ), og lignende processer, der involverer antineutrinoer - . $\delta$ $\theta _{23}$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=m_{3}^{2}-m_{2}^{2))$ ${\displaystyle \nu _{\mu }\til \nu _{\mu ))$ ${\displaystyle \nu _{\mu }\til \nu _{e))$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu}}_{\mu }$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu}}_{e}$

Udstyr

Forsøget bruger en stråle af muon-neutrinoer NuMI, skabt af acceleratoren ved Fermilab , og to detektorer : en nær en i en afstand af 1 km fra neutrinokilden og en fjern i en afstand af 810 km, i Minnesota [3] .

Neutrinostrålen skabes som følger: protoner accelereret til en energi på 120 GeV falder på et grafitmål; derved fødes blandt andet pioner og kaoner . De fokuseres ved hjælp af et magnetfelt med en speciel konfiguration, og når de henfalder, dannes neutrinoer (antineutrinoer), hovedsageligt myoner [4] . Ifølge forsøgsledere er dette den kraftigste neutrinostråle i verden i øjeblikket (2018) [5] .

Fjerndetektoren på 14.000 tons har dimensioner på 15 x 15 x 60 m. Nærdetektoren vejer 300 tons og har dimensioner på 4 x 4 x 15 m [6] . Enheden i begge detektorer er den samme - de består af polyvinylchloridceller fyldt med en væskescintillator , og lysimpulser fra dem opsamles af en speciel optisk fiber . Nærdetektoren er placeret under jorden i en dybde af 100 m, og den fjerneste er på overfladen [3] .

På grund af svingninger bør sammensætningen af de partikler, der registreres af den fjerne detektor, afvige fra sammensætningen af den oprindelige stråle: der er færre myon-neutrinoer, og elektronneutrinoer vises, som ikke var i den.

Resultater

Fra februar 2014 til februar 2017 blev forsøget udført med en neutrinostråle, fra februar 2017 til i dag, med en antineutrinostråle. I løbet af denne tid er der blevet akkumuleret statistik svarende til 8,85 10 20 kollisioner af protoner med målet i den første tilstand og 6,91 10 20 i den anden tilstand (da det er umuligt at måle intensiteten af neutrinostrålen direkte, estimeres det indirekte ved antallet af protoner i den primære stråle) [6] .

I løbet af denne tid (under hensyntagen til udvælgelsen af begivenheder i henhold til forskellige kriterier, beskrevet detaljeret i de originale artikler), registrerede fjerndetektoren [5] :

muon neutrinoer:
- i neutrinotilstand - 113 hændelser (i fravær af svingninger forventedes 730)
- i antineutrino-tilstand - 65 hændelser (uden svingninger ville der være 266)
elektron neutrinoer:
- i neutrino-tilstand - 58 hændelser (med baggrundsvurdering 15 hændelser)
- i antineutrino-tilstand - 18 (når man venter på baggrund 5.3).

En fælles analyse af dataene for neutrino- og antineutrino-regimerne indikerer [5] et direkte massehierarki ( ) på konfidensniveauet , de mest sandsynlige værdier af fasen , blandingsvinkel og masseforskel . ${\displaystyle m_{3}>m_{2))$ $1.8\sigma$ $\delta =0,17\pi$ $\sin ^{2}\theta _{23}=0,58$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=2.51\cdot 10^{-3}{\text{eV))^{2))$

Noter

↑ Ilya Yekhlakov Experiment NOνA Arkiveret 6. februar 2018 på Wayback Machine
↑ Ilya Khel 10. oktober 2014 NOvA neutrinoeksperimentet begyndte arbejdet Arkiveret 1. marts 2018 på Wayback Machine
↑ 1 2 arXiv : 1806.00096
↑ arXiv : 1601.05022
↑ 1 2 3 Proceedings of the XXVIII international conference Neutrino 2018, Heidelberg, June 4-9, 2018 (eng.) . - doi : 10.5281/zenodo.1286758 .
↑ 1 2 NOvA-eksperiment får første - og uventede - resultater med antineutrinostråle . Hentet 12. december 2018. Arkiveret fra originalen 15. december 2018. (ubestemt)

Links

FermiLab NOvA Arkiveret 6. januar 2018 på Wayback Machine
JINR NOvA Arkiveret 2. august 2018 på Wayback Machine

Eksperimenter og detektorer i neutrinofysik
Opdagelser	Reines og Cowan eksperiment ( ν e ) Lederman-Schwarz-Steinberger ( ν μ ) DONUT ( ν τ )
Drift	ANITA ANTARES Baikal BNO BEDST Borexino daya bugt Dobbelt Chooz EXO GNO ICARUS isterning KamLAND KARMEN LNGS LVD MAKRO MAJORANA MARIACHI MINERνA MINOS MiniBooNE NA61/SHINE NARC NEMO NESTOR SEINE NOvA NuMI OPERA RENO RIS Super-Kamiokande NYHEDER T2K HEKS
Under opbygning	ARA ARIANNA KATRIN KM3Net NEMO SNO+ Hyper Kamiokande
Lukket	AMANDA CDHS CHOOZ DONUT GALLEX Gargamelle hjemmeindsats IMB K2K Kamiokande KGF LSND SAGE SciBooNE SNO Soudan 2
Foreslået	DUSEL INO LAGUNA LENA Neutrino fabrik UNO CUORE KLIT
Annulleret	DUMAND projekt EUSO