미노스

MINOS
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MINOS 원거리 검출기의 전면.왼쪽은 통제실이고 오른쪽은 조셉 지아네티의 벽화입니다.

주분사 중성미자 진동 탐색(MINOS)은 중성미자 진동 현상을 연구하기 위해 설계된 입자 물리학 실험으로 1998년 슈퍼 카미오칸데(Super-K) 실험에 의해 처음 발견되었다.시카고 인근 페르미랩의 NuMI("주입기 중성") 빔 라인에 의해 생성된 중성미자는 빔이 생성되는 곳(근접 검출기)과 미네소타 북부(원거리 검출기)에서 매우 가까운 두 개의 검출기에서 관찰된다.

MINOS 실험은 2005년 2월 NuMI 빔에서 중성미자를 검출하기 시작했다.2006년 3월 30일, MINOS 공동작업은 2005년에 수집된 초기 데이터의 분석이 중성미자 진동과 일치하며, Super-K [1]측정과 일치하는 진동 매개변수가 있다고 발표했다.MINOS는 2012년 [2][3]4월 30일 자정에 NUMI 빔 라인으로부터 마지막 중성미자를 받았다.2013년부터 [4]데이터 취득을 시작한 MINOS+로 업그레이드 되었습니다.실험은 2016년 6월 29일에 중단되었고, 원거리 탐지기는 해체되어 [5]제거되었다.

검출기

근접 [6]검출기를 호스트하는 지하 MINOS 홀의 입구인 페르미랍의 MINOS 서비스 빌딩.

실험에는 두 개의 검출기가 있습니다.

  • 근접 검출기는 설계상 원거리 검출기와 유사하지만 질량이 980톤(t)으로 크기가 작다.그것은 양성자가 상호작용하는 흑연 표적에서 수백 미터 떨어져 있고 지하 약 100 미터 지점에 위치해 있다.근접 검출기의 시운전 작업은 2004년 12월에 완료되어 현재 완전히 가동되고 있다.
  • 원거리 검출기의 질량은 5.4 kt이다.그것은 미네소타 북부의 수단 광산의 716미터 깊이에 위치해 있다.원거리 검출기는 2003년 여름부터 완전히 가동되어 왔으며, 건설 초기부터 우주선과 대기 중성미자 데이터를 촬영하고 있다.

두 MINOS 검출기는 모두 자화된 강철과 플라스틱 섬광기의 교대로 만들어진 강철-시크틸레이터 샘플링 열량계이다.자기장은 뮤온 중성미자 상호작용에서 생성된 뮤온의 경로를 구부리게 하여 중성미자와의 상호작용을 반중성미자와 구별할 수 있게 한다.MINOS 검출기의 이 기능을 통해 MINOS는 대기 중 중성미자와 반중성미자를 사용하여 CPT 위반을 검색할 수 있습니다.

중성미자 빔

NuMI Target Hall(왼쪽). 메인 인젝터를 배경으로 [7]한 NuMI 터널의 시작점.

NuMI 빔 라인을 생성하기 위해 120 GeV 메인 인젝터 양성자 펄스가 수냉 흑연 목표물에 도달했습니다.양성자와 대상 물질의 상호작용으로 파이온과 카이온이 생성되고, 이는 자기 뿔의 시스템에 의해 집중됩니다.파이온과 케이온의 후속 붕괴에서 나오는 중성미자가 중성미자 빔을 형성합니다.이들 중 대부분은 뮤온 중성미자로 전자 중성미자 오염이 적다.초기 중성미자 플럭스와 에너지 스펙트럼을 측정하기 위해 근접 검출기의 중성미자 상호작용을 사용한다.중성미자의 대부분은 약한 상호작용을 하고 있기 때문에, 대부분의 중성미자는 가까운 검출기와 734km의 암석을 거쳐 먼 검출기를 거쳐 우주로 떠난다.소단 방향으로 가는 도중에 뮤온 중성미자의 약 20%가 다른 맛으로 진동합니다.

물리 목표와 결과

MINOS는 중성미자 제곱 질량 차이와 혼합 각도를 정밀하게 측정할 목적으로 근원검출기의 중성미자 빔 구성과 에너지 분포의 차이를 측정한다.MINOS는 원거리 검출기에서 전자 중성미자의 출현을 찾아 뮤온 중성미자의 전자 중성미자 발진 확률을 측정하거나 제한한다.

2006년 7월 29일, MINOS의 공동작업은 뮤온 중성미자 소실로부터 판단된 진동 파라미터의 초기 측정을 제공하는 논문을 발표했다.δm2
23 = 2.74+0.44-0
.26 × 10−3 eV2/c4 및2 sin(2µ23) > 0.87(68% 신뢰 한계)[8][9]입니다.

2008년에 MINOS는 이전 데이터의 두 배 이상을 사용하여 추가 결과를 발표했다(3.36×1020 양성자-표적, 첫 번째 데이터 세트 포함).이것은2 가장 정확한 δm 측정치입니다.결과는 δm2
23 = 2.43+0.13-0
.13 × 10−3 eV2/c4 및2 sin(2µ23) > 0.90(90% 신뢰 한계)[10]입니다.

2011년에는 이중 데이터 샘플(표적에 7.25×1020 양성자 노출)과 개선된 분석 방법론을 사용하여 위의 결과가 다시 업데이트되었다.결과는 δm2
23 = 2.32+0.12-0
.08 × 10−3 eV2/c4 및2 sin(2µ23) > 0.90(90% 신뢰 한계)[11]입니다.

2010년과 2011년에 MINOS는 CPT 대칭을 위반할 수 있는 반중성미자와 중성미자 간의 소실 및 그에 따른 질량의 차이를 보고하였다.[12][13][14] 그러나 MINOS는 2012년에 추가 데이터를 평가한 후 이 격차가 좁혀졌고 더 [15][16]이상 초과는 없다고 보고했다.

MINOS 원거리 검출기로부터의 우주선 결과는 측정된 높은 에너지 우주선과 성층권의 온도 사이에 강한 상관관계가 있다는 것을 보여주었다.지하 뮤온 검출기로부터의 2차 우주선의 매일의 변화가 갑작스런 성층권[17] 온난화와 같은 성층권의 행성 규모의 기상 현상과 [18]계절의 변화와 관련이 있는 것은 이번이 처음이다.MINOS 원거리 검출기는 또한 태양과 달에[19] 의한 우주선의 감소를 관찰할 수 있다.

중성미자의 비행 시간

주요 기사:중성미자 속도 측정

2007년 MINOS 검출기를 사용한 실험에서 3개의 GeV 중성미자의 속도는 68% 신뢰 수준에서 1.000051(29) c, 99% 신뢰 수준에서 0.99976 c에서 1.000126 c 사이인 것으로 나타났다.중심 값은 빛의 속도보다 높았지만, 그 결과 이 높은 신뢰 [20][21]수준에서 빛보다 작거나 같은 속도도 배제되지 않을 만큼 불확실성이 컸다.

MINOS는 2012년 프로젝트를 위한 검출기가 업그레이드된 후 초기 결과를 수정하여 빛의 속도에 부합하는 것으로 나타났으며, 중성미자와 빛의 도달 시간 차이는 -0.0006%(±0.0012%)이다.추가 측정이 [22]실시될 예정입니다.

레퍼런스

  1. ^ "MINOS experiment sheds light on mystery of neutrino disappearance" (Press release). 30 March 2006. Archived from the original on 19 September 2007. Retrieved 2009-08-03.
  2. ^ "MINOS Run Period Run Subrun Ranges (MRPRSR)". Retrieved 4 November 2012.
  3. ^ de Jong, Jeffrey (12 September 2012). "'Final' MINOS Results" (PDF). Retrieved 13 December 2012.
  4. ^ Tzanankos, G; et al. (2011). "MINOS+: a Proposal to FNAL to run MINOS with the medium energy NuMI beam" (PDF). Fermilab-Proposal-1016.
  5. ^ Olmstead, Molly (2016-08-01). "Fermilab bids a fond farewell to MINOS". Fermi National Accelerator Lab. Retrieved 16 May 2017.
  6. ^ Basu, Paroma (30 March 2006). "Physicists Say Multi-million Dollar Experiment Advancing Smoothly". Wisconsin Online. Retrieved 14 August 2015.
  7. ^ "Site map of NuMI/MINOS". Fermilab. Retrieved 14 August 2015.
  8. ^ D.G. Michael; et al. (2006). "Observation of muon neutrino disappearance with the MINOS detectors in the NuMI neutrino beam". Physical Review Letters. 97 (19): 191801. arXiv:hep-ex/0607088. Bibcode:2006PhRvL..97s1801M. doi:10.1103/PhysRevLett.97.191801. PMID 17155614. S2CID 119458915.
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  12. ^ "New measurements from Fermilab's MINOS experiment suggest a difference in a key property of neutrinos and antineutrinos". Fermilab press release. June 14, 2010. Retrieved 14 December 2011.
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  21. ^ D. Overbye (22 September 2011). "Tiny neutrinos may have broken cosmic speed limit". New York Times. That group found, although with less precision, that the neutrino speeds were consistent with the speed of light.
  22. ^ "MINOS reports new measurement of neutrino velocity". Fermilab today. June 8, 2012. Retrieved June 8, 2012.

좌표:47°49°12°N 92°14′30″w/47.82000°N 92.24167°W/ 47.82000; -92.24167

외부 링크