Neutrino akcelerátoru - Accelerator neutrino

An urychlovač neutrino je vytvořen člověkem neutrino nebo antineutrino získané pomocí urychlovače částic, ve kterém paprsek z protony je zrychlen a srazil se s pevným cílem, produkuje mezony (hlavně piony ) který pak rozklad do neutrina. V závislosti na energii zrychlených protonů a na tom, zda se mezony rozpadají za letu nebo v klidu, je možné generovat neutrina různých příchuť, energie a úhlové rozdělení. Neutrina urychlovače se používají ke studiu interakcí neutrin a kmitání neutrin využití vysoké intenzity neutrinových paprsků, stejně jako možnost řídit a porozumět jejich typu a kinematickým vlastnostem v mnohem větší míře než u neutrin z jiných Zdroje.

Produkce svazku neutronů

Proces mion neutrino nebo výroba mionového antineutrinového paprsku sestává z následujících kroků:[1][2]

  • Zrychlení primárního okruhu proton paprsek v urychlovač částic.
  • Srážka protonového paprsku s pevným cílem. V takové kolizi sekundární částice, hlavně piony a kaons, jsou produkovány.
  • Soustředění pomocí sady magnetické rohy, sekundární částice s vybranou nabít: pozitivní k produkci mionového neutrinového paprsku, negativní k produkci mionového anti-neutrinového paprsku.
  • Rozklad sekundárních částic za letu v dlouhém (řádově stovkách metrů) rozpadovém tunelu. Nabité piony se rozpadají[3] ve více než 99,98% na mion a odpovídající neutrino podle principu konzervace elektrický náboj a leptonové číslo:

π+
 →
μ+
 +
ν
μ ,   
π−
 →
μ−
 +
ν
μ

Obvykle je zamýšleno mít čistý paprsek obsahující pouze jeden typ neutrina: buď
ν
μ nebo
ν
μ . Délka rozpadového tunelu je tedy optimalizována tak, aby se maximalizoval počet pion rozpadá a současně minimalizuje počet mion rozpadá se,[4] ve kterých jsou produkovány nežádoucí typy neutrin:


μ+
 →
E+
 +
ν
μ +
ν
E ,   
μ−
 →
E−
 +
ν
μ +
ν
E

Ve většině z kaon rozpadá se[5] vyrábí se vhodný typ neutrin (mionová neutrina pro pozitivní kaony a mionová antineutrina pro negativní kaony):


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

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

nicméně se rozpadá na elektronová (anti) neutrina, je také významnou částí:


K.+
 →
E+
 +
ν
E +
π0
 ,   
K.−
 →
E−
 +
ν
E +
π0
 , (5,07% rozpadů).
  • Absorpce zbývajících hadrony a účtováno leptony v skládka paprsku (obvykle blok grafit ) a v zemi. Zároveň neutrina nerušeně cestují dále a uzavírají směr svých mateřských částic.

Kinematické vlastnosti neutrinového paprsku

Neutrina nemají elektrický náboj, takže je nelze zaostřit ani zrychlit pomocí elektrický a magnetický pole, a proto není možné vytvořit paralelní monoenergetický paprsek neutrin, jako je tomu u paprsků nabitých částic v urychlovačích. Do jisté míry je možné řídit směr a energii neutrin správným výběrem energie primárního protonového paprsku a zaostřováním sekundárních pionů a kaonů, protože neutrina přebírají část jejich kinetické energie a pohybují se ve směru blízkém rodiči částice.

Osový paprsek

Metoda, která umožňuje dále zúžit distribuci energie produkovaných neutrin, je použití takzvaného mimoosého paprsku.[6] Neutrinový paprsek urychlovače je široký paprsek, který nemá jasné hranice, protože neutrina v něm se nepohybují paralelně, ale mají určité úhlové rozložení. Čím dále od osy (středu) paprsku, tím menší je počet neutrin, ale také distribuce energetických změn. Energetické spektrum se zužuje a jeho maximum se posouvá směrem k nižším energiím. Úhel mimo osu, a tedy spektrum neutrinové energie, lze optimalizovat tak, aby se maximalizovala pravděpodobnost oscilace neutrina nebo aby se vybral energetický rozsah, ve kterém je dominantní požadovaný typ interakce neutrina.

První experiment, ve kterém byl použit mimoosý neutrinový paprsek, byl T2K experiment[7]

Neutrinové paprsky ve fyzikálních experimentech

Níže je uveden seznam mionových (anti) neutrinových paprsků používaných v minulých nebo současných fyzikálních experimentech:

Poznámky

  1. ^ Spolupráce T2K (2011). "Experiment T2K". Nucl. Instrum. Meth. A. 659 (1): 106–135. arXiv:1106.1238. Bibcode:2011 NIMPA.659..106A. doi:10.1016 / j.nima.2011.06.067.
  2. ^ KOPP, S (únor 2007). "Neutrinové paprsky akcelerátoru". Fyzikální zprávy. 439 (3): 101–159. arXiv:fyzika / 0609129. Bibcode:2007PhR ... 439..101K. doi:10.1016 / j.physrep.2006.11.004.
  3. ^ M. Tanabashi; et al. (Skupina dat o částicích ). „Recenze částicové fyziky 2019: Mezony“ (PDF). Phys. Rev. D98: 1. doi:10.1103 / PhysRevD.98.030001. (2018) a aktualizace 2019
  4. ^ M. Tanabashi; et al. (Skupina dat o částicích ). „Recenze částicové fyziky v roce 2019: leptony“ (PDF). Phys. Rev. D98: 2. doi:10.1103 / PhysRevD.98.030001. (2018) a aktualizace 2019
  5. ^ M. Tanabashi; et al. (Skupina dat o částicích ). „Recenze částicové fyziky 2019: Mezony“ (PDF). Phys. Rev. D98: 24. doi:10.1103 / PhysRevD.98.030001. (2018) a aktualizace 2019
  6. ^ Kirk T McDonald (2001). „Off-Axis Neutrino Beam“. arXiv:hep-ex / 0111033. Bibcode:2001hep.ex ... 11033M. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  7. ^ A b Spolupráce T2K (2013). "Predikce toku neutrinového toku T2K". Phys. Rev. D87 (1): 012001. arXiv:1211.0469. Bibcode:2013PhRvD..87a2001A. doi:10.1103 / PhysRevD.87.012001.
  8. ^ Giacomelli, G (1. června 2008). "Neutrinový paprsek CNGS". Journal of Physics: Conference Series. 116 (1): 012004. arXiv:fyzika / 0703247. Bibcode:2008JPhCS.116a2004G. doi:10.1088/1742-6596/116/1/012004.

Další čtení

externí odkazy