Ускоритель нейтрино - Accelerator neutrino

An ускоритель нейтрино создан человеком нейтрино или же антинейтрино получено с использованием ускорители частиц, в котором луч из протоны ускоряется и сталкивается с неподвижной целью, производя мезоны (в основном пионы ) который затем разлагаться в нейтрино. В зависимости от энергии ускоренных протонов и от того, распадаются ли мезоны в полете или в состоянии покоя, можно генерировать нейтрино различной вкус, энергия и угловое распределение. Ускорительные нейтрино используются для изучения нейтринных взаимодействий и осцилляции нейтрино используя преимущества высокой интенсивности нейтринных пучков, а также возможность контролировать и понимать их тип и кинематические свойства в гораздо большей степени, чем для нейтрино от других источники.

Производство пучка мюонных нейтрино

Процесс мюон нейтрино генерация пучка мюонных антинейтрино состоит из следующих этапов:[1][2]

  • Ускорение первичной протон луч в ускоритель частиц.
  • Столкновение пучка протонов с неподвижной мишенью. При таком столкновении вторичные частицы, в основном пионы и каоны, производятся.
  • Фокусировка, набор магнитные рожки вторичные частицы с выбранным обвинять: положительный для получения пучка мюонных нейтрино, отрицательный для получения пучка мюонных нейтрино.
  • Разлагаться вторичных частиц, летящих в длинном (порядка сотен метров) туннеле распада. Распад заряженных пионов[3] более 99,98% в мюон и соответствующее нейтрино по принципу сохранения электрический заряд и лептонное число:

π+
 →
μ+
 +
ν
μ ,   
π−
 →
μ−
 +
ν
μ

Обычно предполагается наличие чистого пучка, содержащего только один тип нейтрино: либо
ν
μ или же
ν
μ . Таким образом, длина туннеля распада оптимизируется для максимального увеличения количества пион распадается и одновременно минимизирует количество мюон распадается,[4] в котором образуются нежелательные типы нейтрино:


μ+
 →
е+
 +
ν
μ +
ν
е ,   
μ−
 →
е−
 +
ν
μ +
ν
е

В большинстве Каон распадается[5] нейтрино соответствующего типа (мюонные нейтрино для положительных каонов и мюонные антинейтрино для отрицательных каонов) производятся:


K+
 →
μ+
 +
ν
μ ,   
K−
 →
μ−
 +
ν
μ , (63,56% распадов),

K+
 →
μ+
 +
ν
μ +
π0
 ,   
K−
 →
μ−
 +
ν
μ +
π0
 , (3,35% распадов),

впрочем, распады на электронные (анти) нейтрино также составляют значительную долю:


K+
 →
е+
 +
ν
е +
π0
 ,   
K−
 →
е−
 +
ν
е +
π0
 , (5,07% распадов).
  • Поглощение оставшихся адроны и заряжен лептоны в балочный отвал (обычно блок графит ) и в земле. В то же время нейтрино беспрепятственно перемещаются дальше, закрывая направление своих родительских частиц.

Кинематические свойства нейтринного пучка

Нейтрино не имеют электрический заряд, поэтому их нельзя сфокусировать или ускорить с помощью электрический и магнитный поля, и поэтому невозможно создать параллельный одноэнергетический пучок нейтрино, как это делается для пучков заряженных частиц в ускорителях. В некоторой степени можно управлять направлением и энергией нейтрино, правильно выбирая энергию первичного пучка протонов и фокусируя вторичные пионы и каоны, потому что нейтрино забирают часть своей кинетической энергии и движутся в направлении, близком к родительскому. частицы.

Внеосевой луч

Метод, который позволяет еще больше сузить энергетическое распределение генерируемых нейтрино, - это использование так называемого внеосевого пучка.[6] Пучок нейтрино ускорителя представляет собой широкий пучок, не имеющий четких границ, потому что нейтрино в нем движутся не параллельно, а имеют определенное угловое распределение. Однако чем дальше от оси (центра) пучка, тем меньше нейтрино, но меняется и распределение энергии. Энергетический спектр сужается, а его максимум смещается в сторону меньших энергий. Внеосевой угол и, следовательно, энергетический спектр нейтрино можно оптимизировать, чтобы максимизировать вероятность осцилляций нейтрино или выбрать диапазон энергий, в котором желаемый тип взаимодействия нейтрино является доминирующим.

Первым экспериментом, в котором использовался внеосевой пучок нейтрино, был T2K эксперимент[7]

Пучки нейтрино в физических экспериментах

Ниже приведен список пучков мюонных (анти) нейтрино, используемых в прошлых или текущих физических экспериментах:

Примечания

  1. ^ Сотрудничество T2K (2011 г.). «Эксперимент Т2К». Nucl.Instrum.Meth. А. 659 (1): 106–135. arXiv:1106.1238. Bibcode:2011NIMPA.659..106A. Дои:10.1016 / j.nima.2011.06.067.
  2. ^ КОПП, С (февраль 2007 г.). «Ускоритель нейтринных пучков». Отчеты по физике. 439 (3): 101–159. arXiv:физика / 0609129. Bibcode:2007ФР ... 439..101К. Дои:10.1016 / j.physrep.2006.11.004.
  3. ^ М. Танабаши; и другие. (Группа данных о частицах ). "Обзор физики элементарных частиц: мезоны за 2019 г." (PDF). Phys. Rev. D98: 1. Дои:10.1103 / PhysRevD.98.030001. (2018) и 2019 обновление
  4. ^ М. Танабаши; и другие. (Группа данных о частицах ). «Обзор физики элементарных частиц: лептоны за 2019 г.» (PDF). Phys. Rev. D98: 2. Дои:10.1103 / PhysRevD.98.030001. (2018) и 2019 обновление
  5. ^ М. Танабаши; и другие. (Группа данных о частицах ). "Обзор физики элементарных частиц: мезоны за 2019 г." (PDF). Phys. Rev. D98: 24. Дои:10.1103 / PhysRevD.98.030001. (2018) и 2019 обновление
  6. ^ Кирк Т. Макдональд (2001). "Внеосевой пучок нейтрино". arXiv:hep-ex / 0111033. Bibcode:2001hep.ex ... 11033M. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ а б Сотрудничество T2K (2013). «Прогноз потока нейтрино Т2К». Phys. Rev. D87 (1): 012001. arXiv:1211.0469. Bibcode:2013ПхРвД..87а2001А. Дои:10.1103 / PhysRevD.87.012001.
  8. ^ Джакомелли, G (1 июня 2008 г.). «Пучок нейтрино АГНКС». Journal of Physics: Серия конференций. 116 (1): 012004. arXiv:физика / 0703247. Bibcode:2008JPhCS.116a2004G. Дои:10.1088/1742-6596/116/1/012004.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка