NOvA (эксперимент)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

NOvAэксперимент по изучению осцилляций нейтрино[1]. Начал работу в 2014 году[2].

Цель эксперимента[править | править код]

Как теперь известно, нейтрино с определённым лептонным числом (, , и ) не совпадают с состояниями с определённой массой (, и ), а являются их суперпозицией:

где — унитарная матрица 3 х 3. Если массы состояний , и различны (), то нейтрино , , и , которые рождаются, например, в ядерных реакциях, не являются стационарными состояниями, а, будучи предоставлены сами себе, с течением времени превращаются друг в друга и обратно. Это явление, с математической точки зрения, аналогично биениям в системе связанных маятников и известно как осцилляции нейтрино.

Матрица преобразования зависит, в общем случае, от четырёх параметров: трех углов Эйлера и фазы :

Неравенство фазы нулю или означает нарушение CP-инвариантности. Аналогичный параметр в матрице смешивания кварков отвечает за нарушение CP-чётности в распадах K-мезонов.

Величины и измерены в экспериментах с электронными нейтрино: солнечными и реакторными.

Целью эксперимента NOvA является измерение величин , и . Для этого наблюдаются «исчезновения» мюонного нейтрино () и превращения его в электронное (), и аналогичные процессы с участием антинейтрино — , .

Оборудование[править | править код]

В эксперименте используется пучок мюонных нейтрино NuMI, создаваемый ускорителем в Fermilab, и два детектора: ближний на расстоянии 1 км от источника нейтрино и дальний на расстоянии 810 км, в штате Миннесота[3].

Нейтринный пучок создаётся так: протоны, ускоренные до энергии 120 ГэВ, падают на графитовую мишень; при этом, среди прочего, рождаются пионы и каоны. Они фокусируются при помощи магнитного поля специальной конфигурации, а при их распаде возникают нейтрино (антинейтрино), в основном — мюонные[4]. Как сообщают экспериментаторы, это самый мощный нейтринный пучок в мире на данный момент (2018 год)[5].

Дальний детектор весом 14 000 т имеет размеры 15 х 15 х 60 м. Ближний детектор весит 300 т и имеет размеры 4 х 4 х 15 м[6]. Устройство обоих детекторов одинаково — они состоят из поливинилхлоридных ячеек, заполненных жидким сцинтиллятором, а световые импульсы от них собираются специальным оптоволокном. Ближний детектор находится под землёй на глубине 100 м, а дальний — на поверхности[3].

Из-за осцилляций состав частиц, зарегистрированных дальним детектором, должен отличаться от состава первоначального пучка: мюонных нейтрино становится меньше, и появляются электронные нейтрино, которых в нём не было.

Результаты[править | править код]

С февраля 2014 по февраль 2017 года эксперимент проводился с нейтринным, с февраля 2017 года по настоящее время — с антинейтринным пучком. За это время накоплена статистика, соответствующая 8.85·1020 столкновениям протонов с мишенью в первом и 6.91·1020 во втором режиме (поскольку непосредственно измерить интенсивность нейтринного пучка невозможно, её оценивают косвенно по количеству протонов в первичном пучке)[6].

За это время (с учётом отбора событий по разнообразным критериям, подробно описанным в оригинальных статьях) в дальнем детекторе зарегистрировано[5]:

  • мюонных нейтрино:
    • в нейтринном режиме — 113 событий (в отсутствие осцилляций ожидалось 730)
    • в антинейтринном режиме — 65 событий (без осцилляций было бы 266)
  • электронных нейтрино:
    • в нейтринном режиме — 58 событий (при оценке фона 15 событий)
    • в антинейтринном режиме — 18 (при ожидании фона 5.3).

Совместный анализ данных нейтринного и антинейтринного режимов указывает[5] на прямую иерархию масс () на уровне достоверности , наиболее вероятные значения фазы , угла смешивания и разности масс .

Примечания[править | править код]

  1. Илья Ехлаков Эксперимент NOνA
  2. Илья Хель 10 октября 2014 года Эксперимент NOvA по исследованию нейтрино начал работу
  3. 1 2 arXiv:1806.00096
  4. arXiv:1601.05022
  5. 1 2 3 Материалы XXVIII международной конференции Neutrino 2018, Гейдельберг, 4-9 июня 2018 года (англ.). — DOI:10.5281/zenodo.1286758.
  6. 1 2 Эксперимент NOvA получил первые — и неожиданные — результаты с пучком антинейтрино

Ссылки[править | править код]