NOvA (kokeilu)

NOvA on koe neutriinovärähtelyjen tutkimiseksi [1] . Aloitti työnsä vuonna 2014 [2] .

Kokeen tarkoitus

Kuten nyt tiedetään, neutriinot, joilla on tietty leptoniluku ( , , ja ), eivät ole yhteensopivia tilojen kanssa, joilla on tietty massa ( , ja ), vaan ne ovat niiden superpositiota : $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$

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

jossa on 3 x 3 unitaarinen matriisi. Jos tilojen ja massat ovat erilaisia ( ), niin esimerkiksi ydinreaktioissa syntyvät neutriinot , ja , eivät ole stationäärisiä tiloja , vaan jätetään itsestään ajan myötä ystäväksi ja takaisin. Tämä ilmiö on matemaattisesta näkökulmasta samanlainen kuin lyönnit kytkettyjen heilurien järjestelmässä ja tunnetaan neutriinovärähtelyinä . $U$ $\nu _{1}$ $\nu _{2}$ $\nu _{3}$ ${\displaystyle m_{1}\neq m_{2}\neq m_{3))$ $\nu_{e}$ $\nu _{\mu }$ $\nu_{\tau}$

Muunnosmatriisi riippuu yleensä neljästä parametrista: kolmesta Euler-kulmasta ja vaiheesta : $U$ ${\displaystyle \theta _{ij))$ $\delta$

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

Vaihe-epäyhtälö nolla tai tarkoittaa CP-invarianssin rikkomista . Samanlainen parametri kvarkkisekoitusmatriisissa on vastuussa CP-pariteetin rikkomisesta K-mesonin hajoamisissa . $\delta$ $\pi$

Arvot ja mitattu kokeissa elektronineutriinoilla: aurinko ja reaktori . $\Delta m_{12}^{2}=m_{1}^{2}-m_{2}^{2}$ $\theta _{12}$

NOvA - kokeen tarkoituksena on mitata suuret ja . Tätä varten havaitaan myonin neutriinon ( ) "kadominen" ja sen muuttuminen elektroniseksi ( ) ja vastaavia prosesseja, joihin liittyy antineutriinoja - . $\delta$ $\theta _{23}$ $\Delta m_{23}^{2}=m_{3}^{2}-m_{2}^{2}$ ${\displaystyle \nu _{\mu }\to \nu _{\mu ))$ ${\displaystyle \nu _{\mu }\to \nu _{e))$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu }}_{\mu }$ ${\tilde {\nu }}_{\mu }\to {\tilde {\nu }}_{e}$

Varusteet

Kokeessa käytetään myonneutriinojen NuMI-sädettä, jonka on luonut Fermilabin kiihdytin , ja kahta ilmaisinta : lähellä olevaa 1 km:n etäisyydellä neutriinolähteestä ja kaukainen 810 km:n etäisyydellä Minnesotassa [3] .

Neutrinosäde syntyy seuraavasti: 120 GeV:n energiaan kiihdytetyt protonit putoavat grafiittikohteeseen; näin tehdessään syntyy muun muassa pioneja ja kaoneja . Ne fokusoidaan käyttämällä erityiskonfiguraatiolla olevaa magneettikenttää, ja kun ne hajoavat, syntyy neutriinoja (antineutriinoja), pääasiassa myoneja [4] . Kokeilijoiden mukaan tämä on tällä hetkellä (2018) maailman tehokkain neutrinonsäde [5] .

14 000 tonnia painavan etätunnistimen mitat ovat 15 x 15 x 60 m. Lähellä olevan ilmaisimen paino on 300 tonnia ja mitat 4 x 4 x 15 m [6] . Molempien ilmaisimien laite on sama - ne koostuvat nestetuikeella täytetyistä polyvinyylikloridikennoista, joista valopulssit kerätään erityisellä optisella kuidulla . Lähiilmaisin sijaitsee maan alla 100 metrin syvyydessä ja kauimpana pinnalla [3] .

Värähtelyistä johtuen kaukodetektorin rekisteröimien hiukkasten koostumuksen tulisi poiketa alkuperäisen säteen koostumuksesta: myonineutriinoja on vähemmän ja elektronineutriinoja ilmaantuu, joita siinä ei ollut.

Tulokset

Helmikuusta 2014 helmikuuhun 2017 koe suoritettiin neutriinonsäteellä, helmikuusta 2017 nykypäivään antineutrinonsäteellä. Tänä aikana on kerätty tilastoja, jotka vastaavat 8,85 10 20 protonien törmäystä kohteen kanssa ensimmäisessä tilassa ja 6,91 10 20 toisessa moodissa (koska neutrinonsäteen intensiteettiä ei voida suoraan mitata, se arvioidaan epäsuorasti primäärisäteen protonien lukumäärällä) [6] .

Tänä aikana (ottaen huomioon tapahtumien valinta eri kriteerien mukaan, jotka on kuvattu yksityiskohtaisesti alkuperäisissä artikkeleissa) kaukoilmaisin tallensi [5] :

myonineutriinot:
- neutriinotilassa - 113 tapahtumaa (värähtelyjen puuttuessa odotettiin 730)
- antineutrinotilassa - 65 tapahtumaa (ilman värähtelyjä olisi 266)
elektronineutriinot:
- neutriinotilassa - 58 tapahtumaa (taustaarvioinnin kanssa 15 tapahtumaa)
- antineutrinotilassa - 18 (odotettaessa taustaa 5.3).

Yhteinen analyysi neutrino- ja antineutrino-järjestelmien tiedoista osoittaa [5] suoran massahierarkian ( ) luottamustasolla , vaiheen , sekoituskulman ja massaeron todennäköisimpiä arvoja . ${\displaystyle m_{3}>m_{2))$ $1.8\sigma$ $\delta =0,17\pi$ $\sin ^{2}\theta _{23}=0,58$ ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}=2,51\cdot 10^{-3}{\text{eV))^{2))$

Muistiinpanot

↑ Ilya Yekhlakov Experiment NOνA Arkistoitu 6. helmikuuta 2018 Wayback Machinessa
↑ Ilja Khel 10. lokakuuta 2014 NOvA-neutrinokoe aloitti työt Arkistoitu 1. maaliskuuta 2018 Wayback Machinessa
↑ 1 2 arXiv : 1806.00096
↑ arXiv : 1601.05022
↑ 1 2 3 Proceedings of the XXVIII International Conference Neutrino 2018, Heidelberg, 4.-9.6.2018 (eng.) . - doi : 10.5281/zenodo.1286758 .
↑ 1 2 NOvA-koe saa ensimmäiset ja odottamattomat tulokset antineutrino-säteellä . Haettu 12. joulukuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 15. joulukuuta 2018. (määrätön)

Linkit

FermiLab NOvA Arkistoitu 6. tammikuuta 2018 Wayback Machinessa
JINR NOvA Arkistoitu 2. elokuuta 2018 Wayback Machinessa

Kokeet ja ilmaisimet neutrinofysiikassa
Löytöjä	Reinesin ja Cowanin koe ( ν e ) Lederman-Schwarz-Steinberger ( ν μ ) DONUTI ( ν τ )
Toiminnassa	ANITA ANTARES Baikal BNO PARHAAT Borexino daya lahti Double Chooz EXO GNO ICARUS jääkuutio KamLAND KARMEN LNGS LVD MAKRO MAJORANA MARIACHI MINERνA MINOS MiniBooNE NA61/SHINE NARC NEMO NESTOR SEINE NOvA NuMI OOPPERA RENO RIISI Super-Kamiokande UUTISET T2K NOITA
Rakenteilla	ARA ARIANNA KATRIN KM3NeT NEMO SNO+ Hyper Kamiokande
Suljettu	AMANDA CDHS VALITSE DONITSI GALLEX Gargamelle kotipanos IMB K2K Kamiokande KGF LSND SALVIA SciBooNE SNO Soudan 2
Ehdotettu	DUSEL INO LAGUNA LENA Neutrino tehdas UNO CUORE DYYNI
Peruutettu	DUMAND projekti EUSO