Поддержано фондом РФФИ 08-02-21005 ЦЕРН_а
НШ 3517.2010.2
Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus
Международный проект CNGS (CERN neutrinos to Gran Sasso) направлен на изучение свойств нейтрино и имеет фундаментальное значение для физики элементарных частиц, астрофизики и космологии. Специфические особенности этой частицы делают ее объектом, чрезвычайно трудным для экспериментального изучения. Трудности экспериментов с нейтрино привели к тому, что до сих пор не определены многие важнейшие характеристики нейтрино, такие, например, как массы различных сортов («ароматов») нейтрино, углы смешивания, природа массивных нейтрино и т. п.
В подземной лаборатории Гран Сассо на глубине около 1.4 км под землей сооружен детектор, состоящий из двух независимых супермодулей, которые включают в себя мишенные блоки и мюонные спектрометры. Мишенные блоки состоят из стенок (31 шт.), сложенных из «эмульсионных кирпичей». За каждой стенкой находится панель из электронных детекторов – Target Tracker , которые состоят из сцинтилляционных полос (стрипов), которые позволяют указать, в каком «эмульсионном кирпиче» произошло взаимодействие. За каждым мишенным блоком установлен мюонный спектрометр, включающий в себя магнит, детекторы RPC и вертикальные дрейфовые трубки.
«Эмульсионный кирпич», который является основным элементом детектора, состоит из 56 эмульсионных пластин, прослоенных 56 пластинами из низкофонового свинца толщиной 1 мм, имеет размеры 127 x 102 x 75.4 мм 3 и массу 8.5 кг. Благодаря этим кирпичам стало возможным исследовать все детали нейтринных событий, измеряя с хорошей точностью элементарные частицы, возникающие при взаимодействии нейтрино. При подготовке эксперимента было решено дополнительно использовать Changeable Sheet (CS) - две дополнительные эмульсионные пластины, которые крепятся в специальной упаковке к эмульсионному кирпичу. При срабатывании электронных детекторов сначала исследуется CS, после чего, в случае обнаружения следов взаимодействия, исследуется «эмульсионный кирпич».
Анализ изображений треков в эмульсии проводится с использованием техники автоматического сканирования.
В эксперименте CNGS пучок мюонных нейтрино образуется вследствие взаимодействия ускоренных на ускорителе в CERN’e протонов (энергия около 400 ГэВ) с нуклонами ядер графитовой мишени, затем произведенные частицы (пионы и каоны) фокусируются системой магнитов в указанном направлении (в нашем случае – в направлении Гран Сассо). Пионы и каоны – короткоживущие частицы, распад которых происходит на лету в вакуумном туннеле около 1 км длиной при очень высоких энергиях. Продуктами такого распада являются мюоны и нейтрино .
p + p -> K -> m + vm
p + p -> p -> m + vm
Пучок нейтрино содержит преимущественно мюонные нейтрино со средней энергией около 17 ГэВ, мюонные антинейтрино, электронные нейтрино и антинейтрино в количестве около 0.01%.
Нейтрино летят прямо, и так как вероятность их взаимодействия с веществом мала, большинство из них пройдут через Землю по хорде и дойдут до Гран-Сассо.
Вычисления показывают, что когда нейтринный пучок достигает Гран-Сассо, в 732 км от CERN, он будет иметь диаметр около 2 км.
Генерация мюонных нейтрино происходит в области энергий между 5 и 30 ГэВ.
Вертикальное отклонение пучка на выходе составляет 3.2.
Временная структура CNGS пучка представляет собой последовательность 2 запусков (spills) длительностью по 10.5 мкс и разделенных между собой 50 мс. Эти два запуска повторяются через 16.8 сек. То есть при нормальной работе ускорителя должно быть 10285 запусков в сутки.
Зарегистрировано первое событие-кандидат появления тау-нейтрино в пучке мюонных нейтрино. Событие с участием тау-нейтрино отмечено по характерной топологии распада тау-лептона, который родился при взаимодействии таонного нейтрино с ядром свинца. Регистрация первого тау-нейтрино свидетельствует о наличии нейтринных осцилляций на уровне достоверности в 98%.
Observation of a first nt candidate event in the OPERA experiment in the CNGS beam. Agafonova et al. OPERA Collaboration. Phys. Lett. B 691 (2010) 138, arXiv-1006.1623v1.
|
