NOvA (experiment)

NOvA je experiment ke studiu oscilací neutrin [1] . Zahájena práce v roce 2014 [2] .

Účel experimentu

Jak je nyní známo, neutrina s určitým leptonovým číslem ( , , a ) se neshodují se stavy o určité hmotnosti ( , a ), ale jsou jejich superpozicí : $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$

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

kde je unitární matice 3 x 3. Pokud jsou hmotnosti stavů , a různé ( ), pak neutrina , , a , která vznikají například při jaderných reakcích, nejsou stacionární stavy , ale jsou ponechány se časem promění v přítele a zpět. Tento jev je z matematického hlediska podobný úderům v systému spojených kyvadel a je známý jako oscilace neutrin . $U$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$ ${\displaystyle m_{1}\neq m_{2}\neq m_{3))$ $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$

Transformační matice závisí obecně na čtyřech parametrech: třech Eulerových úhlech a fázi : $U$ $\theta _{ij}$ $\delta$

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

Fázová nerovnost je nulová nebo znamená porušení CP-invariance . Podobný parametr v matici míchání kvarků je zodpovědný za narušení CP-parity při rozpadech K-mezonu . $\delta$ $\pi$

Hodnoty a měření v experimentech s elektronovými neutriny: sluneční a reaktorové . ${\displaystyle \Delta m_{12}^{2}=m_{1}^{2}-m_{2}^{2))$ $\theta _{12}$

Účelem experimentu NOvA je změřit množství a . K tomu je pozorováno „zmizení“ mionového neutrina ( ) a jeho přeměna na elektronické ( ) a podobné procesy zahrnující antineutrina - . $\delta$ $\theta _{23}$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=m_{3}^{2}-m_{2}^{2))$ ${\displaystyle \nu _{\mu } \to \nu _{\mu ))$ ${\displaystyle \nu _{\mu } \to \nu _{e))$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu }}_{\mu }$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu }}_{e}$

Vybavení

Experiment využívá svazek mionových neutrin NuMI, vytvořený urychlovačem ve Fermilabu , a dva detektory : blízký ve vzdálenosti 1 km od zdroje neutrin a vzdálený ve vzdálenosti 810 km v Minnesotě [3]. .

Neutrinový paprsek vzniká následovně: protony urychlené na energii 120 GeV dopadají na grafitový terč; při tom se mimo jiné rodí piony a kaony . Jsou fokusovány pomocí magnetického pole speciální konfigurace a při jejich rozpadu vznikají neutrina (antineutrina), především miony [4] . Podle experimentátorů se v současnosti (2018) jedná o nejvýkonnější neutrinový paprsek na světě [5] .

Detektor do dálky o hmotnosti 14 000 tun má rozměry 15 x 15 x 60 m. Detektor na blízko váží 300 tun a má rozměry 4 x 4 x 15 m [6] . Zařízení obou detektorů je stejné - sestávají z polyvinylchloridových článků naplněných kapalinovým scintilátorem a světelné impulsy z nich sbírá speciální optické vlákno . Blízký detektor je umístěn pod zemí v hloubce 100 m a vzdálený je na povrchu [3] .

Vlivem oscilací by se složení částic zaregistrovaných detektorem na dálku mělo lišit od složení původního svazku: mionových neutrin je méně a objevují se elektronová neutrina, která v něm nebyla.

Výsledky

Od února 2014 do února 2017 byl experiment prováděn s paprskem neutrin, od února 2017 do současnosti s paprskem antineutrin. Během této doby byly nashromážděny statistiky odpovídající 8,85 10 20 srážkám protonů s cílem v prvním režimu a 6,91 10 20 ve druhém režimu (protože není možné přímo měřit intenzitu svazku neutrin, odhaduje se nepřímo počtem protonů v primárním svazku) [6] .

Během této doby (s přihlédnutím k výběru událostí podle různých kritérií, podrobně popsaných v původních článcích) detektor vzdálenosti zaznamenal [5] :

mionová neutrina:
- v režimu neutrina - 113 událostí (při absenci oscilací bylo očekáváno 730)
- v antineutrinovém režimu - 65 událostí (bez oscilací by bylo 266)
elektronová neutrina:
- v neutrinovém režimu - 58 událostí (s hodnocením pozadí 15 událostí)
- v antineutrinovém režimu - 18 (při čekání na pozadí 5.3).

Společná analýza dat režimu neutrin a antineutrin naznačuje [5] přímou hierarchii hmotnosti ( ) na úrovni spolehlivosti , nejpravděpodobnější hodnoty fáze , směšovacího úhlu a rozdílu hmotnosti . ${\displaystyle m_{3}>m_{2))$ $1.8\sigma$ $\delta =0,17\pi$ $\sin ^{2}\theta _{23}=0,58$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=2,51\cdot 10^{-3}{\text{eV))^{2))$

Poznámky

↑ Ilya Yekhlakov Experiment NOνA Archived 6. února 2018 na Wayback Machine
↑ Ilya Khel 10. října 2014 Experiment s neutrinem NOvA začal pracovat Archivováno 1. března 2018 na Wayback Machine
↑ 1 2 arXiv : 1806.00096
↑ arXiv : 1601.05022
↑ 1 2 3 Sborník příspěvků z XXVIII mezinárodní konference Neutrino 2018, Heidelberg, 4. – 9. června 2018 (angl.) . - doi : 10.5281/zenodo.1286758 .
↑ 1 2 NOvA experiment získá první - a neočekávané - výsledky s antineutrinovým paprskem . Staženo 12. 12. 2018. Archivováno z originálu 15. 12. 2018. (neurčitý)

Odkazy

FermiLab NOvA Archivováno 6. ledna 2018 na Wayback Machine
JINR NOvA Archivováno 2. srpna 2018 na Wayback Machine

Experimenty a detektory ve fyzice neutrin
Objevy	Experiment Reines a Cowan ( ν e ) Lederman-Schwarz-Steinberger ( ν μ ) DONUT ( ν τ )
Provozní	ANITA ANTARES Bajkal BNO NEJLEPŠÍ Borexino zátoka Daya Double Chooz EXO GNO ICARUS Kostka ledu KamLAND KARMEN LNGS LVD MAKRO MAJORANA MARIACHI MINERνA MINOS MiniBooNE NA61/SHINE NARC NEMO NESTOR SEINA NOvA NuMI OPERA RENO RÝŽE Super-Kamiokande SNEWS T2K ČARODĚJNICE
Ve výstavbě	ARA ARIANNA KATRIN KM3NeT NEMO SNO+ Hyper Kamiokande
ZAVŘENO	AMANDA CDHS CHOOZ KOBLIHA GALLEX Gargamelle domácí kůl IMB K2K Kamiokande KGF LSND ŠALVĚJ SciBooNE SNO Soudan 2
Doporučeno	DUSEL INO LAGUNA LENA Továrna na neutrina OSN CUORE DUNA
Zrušeno	Projekt DUMAND EUSO