노바

NOvA 중성미자 실험
	NOvA 원거리 검출기 사진
조직	NOvA 콜라보레이션
위치	미국 미네소타 주, 애쉬 리버
좌표	48°22°45°N 92°50′1″w/48.37917°N 92.8361°W좌표: 48°22°45°N 92°50°1°W / 48.37917°N 92.8361°W /
웹 사이트	novaexperiment.fnal.gov
	NOvA 중성미자 실험 장소
	Commons 관련 매체
	[Wikidata에서 편집]

Airbus A380 크기의 NOvA 원근 검출기 사이의 NOvA 비교.

NOmiA(NuMI Off-Axis appear_e Affecturance) 실험은 페르미랍의 NuMI(주입자의 중성미자) 빔에서 중성미자를 검출하기 위해 고안된 입자 물리학 실험이다.MINOS의 후속인 NOaA는 페르미랩(근접 검출기)과 미네소타 북부(원거리 검출기)의 두 가지 검출기로 구성된다.NuMI의 중성미자는 지구의 810km를 통과하여 원거리 검출기에 도달한다.NOaA의 주요 목표는 뮤온 중성미자가 전자 중성미자에 대해 진동을 관찰하는 것이다.NOvA의 주요 물리 목표는 다음과 같습니다.^[1]

중성미자와 반중성미자의 경우 혼합각 θ의 정밀 측정, 특히 45°보다 크거나₂₃ 작거나 같음
중성미자와 반중성미자의 경우 관련 질량 분할 δm의²₃₂ 정밀 측정
CP 위반 단계에서의 강력한 제약 »
중성미자 질량 계층에 대한 강력한 제약

물리 목표

주요 목표

중성미자 진동은 PMNS 행렬과 중성미자 질량 고유 상태 간의 질량 제곱 차이에 의해 매개 변수화됩니다.중성미자의 세 가지 맛이 중성미자 혼합에 관여한다고 가정하면 중성미자 진동에 영향을 미치는 변수는 세 가지 각도 θ₁₂, θ₂₃₁₃, CP 위반 위상 θ, 세 가지 질량 제곱 차이 중 두 가지입니다.현재 이들 파라미터의 특정 가치나 관계를 기대할 만한 설득력 있는 이론적 이유는 없습니다.

and과₁₂ have는 여러 실험에서 0이 아닌 것으로 측정되었지만 Chooz 콜라보레이션에 의한 0이 아닌₁₃ by에 대한 가장 민감한 검색에서는 상한만 산출되었다₂₃.2012년 Daya Bay에서 δ는₁₃ 통계적 유의성 5.2 ^[2]µ에 대해 0이 아닌 것으로 측정되었다.이듬해 T2K는 유의도가 7.^[3]3µ인 비균형 가설을 제외한 $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ e \ $displaystyle \nu$ _ ${\mu$ }\ $rightarrow \nu$ _ ${e}}$ 의 $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ 전이를 발견하였으며, μ는 측정되지 않았다.두 질량 제곱 차이의 절대값은 알려져 있지만, 하나는 다른 것에 비해 매우 작기 때문에 질량의 순서는 결정되지 않았습니다.

물질 효과를 무시하고 δ가 전류 한계 부근에₁₃ 있다고 가정하는 진동 확률.NOaA는 첫 번째 피크를 관측합니다.

NO aA는 MINOS와 같은 이전 세대의 실험보다 than에₁₃ 더 민감한 크기 순서이다.Fermilab NuMI 빔에서 $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ μ $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ {\ $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ \ $displaystyle \nu$ _ ${\mu }\rightarrow \nu$ _ ${e}$ 를 $\nu _{\mu }\rightarrow \nu _{e}$ 검색하여 측정합니다.0이₁₃ 아닌 값인 θ가 NOaA로 해결 가능한 경우 ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}.$ μ ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}.$ ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}.$ ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}.$ . \ $displaystyle$ \ $bar$ \ $nu }$ } _ { \ mu } \ $rightarrow$ \ $nu } also$ also also also by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by by} 파라메타 ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}.$ θ는 중성미자와 반중성미자의 진동확률을 다르게 수정하기 때문에 측정할 수 있다 $.$ 마찬가지로, 질량 순서는 중성미자가 지구를 통과하기 때문에 결정될 수 있으며, MSW 효과를 통해 중성미자와 ^[4]반중성미자에 대해 진동 확률을 다르게 수정한다.

중요성

중성미자 질량과 혼합각은 우리가 아는 한 우주의 기본 상수입니다.그것들을 측정하는 것은 물리학을 이해하기 위한 기본적인 요건이다.CP가 매개 변수 θ를 위반하는 값을 알면 우주가 물질-반물질 비대칭성을 갖는 이유를 이해하는 데 도움이 될 것이다.또한, 시소 메커니즘 이론에 따르면, 중성미자의 매우 작은 질량은 우리가 아직 직접 연구할 기술이 없는 매우 큰 입자 질량과 관련이 있을 수 있다.중성미자 측정은 매우 높은 ^[4]에너지로 물리학을 공부하는 간접적인 방법입니다.

현재의 물리학 이론에서는 중성미자 혼합 각도가 특별한 값을 가져야 할 이유가 없습니다.그러나 3개의 중성미자 혼합각 중 θ만이₁₂ 최대도 최소도 아닌 것으로 분해되었다.NOaA 및 기타 미래 실험의 측정값이 as를₂₃ 최대값으로, as를₁₃ 최소값으로 계속 보여준다면,^[4] 아직 알려지지 않은 자연의 대칭성을 암시할 수 있다.

다른 실험과의 관계

NO'A는 상대적으로 높은 에너지로 동작하기 때문에 잠재적으로 질량 계층을 해결할 수 있습니다.현재 실행 중인 실험 중 가장 광범위한 범위를 가지고 있으며, 이 측정이 모호하지 않고 θ의 값에 대한 의존도가 가장 낮다.중성미자 성질을 정밀하게 측정하려는 미래의 많은 실험은 NO forA의 측정에 의존하여 장치를 가장 정확하게 구성하는 방법과 그 결과를 해석하는 방법을 알게 될 것입니다.

NOaA와 유사한 실험은 T2K로 NOaA와 유사한 일본의 중성미자 빔 실험이다.NOaA와 마찬가지로 and과₁₃ δ를 측정하는 것을 목적으로 합니다.기준선은 295km이고 NOaA보다 낮은 에너지 중성미자를 사용할 것이다.물질 효과는 낮은 에너지와 짧은 기준선 둘 다에서 덜 뚜렷하기 때문에 가능한 대부분의 ^[5]δ 값에 대한 질량 순서를 해결할 수 없다.

질량 계층 구조가 이 과정의 이론적 수명에 영향을 ^[4]미치기 때문에 중성미자 이중 베타 붕괴 실험의 해석은 질량 순서를 아는 것으로도 유익할 것이다.

원자로 실험에서도 δ를₁₃ 측정할 수 있다.이들은 θ 또는 질량 순서를 측정할 수 없지만 혼합 각도의 측정은 이들 파라미터에 대한 지식에 의존하지 않습니다.감도 감소 순서로 θ₁₃ 값을 측정한 세 가지 실험은 중국의 다야만, 한국의 RENO, 프랑스의 더블추즈로, 이들은 첫 번째₁₃ θ 제어 진동 ^[6]최대값 관측에 최적화되어 있다.

세컨더리 목표

NOaA는 1차 물리 목표와 더불어 이미 측정된 진동 파라미터의 측정을 개선할 수 있습니다.NOaA는 MINOS와 마찬가지로 뮤온 중성미자 검출에 적합하기 때문에 ①에₂₃ 대한 지식을 향상시킬 수 있습니다.

NO-A 근접 검출기는 현재 높은 정밀도로 알려지지 않은 중성미자 상호 작용 단면을 측정하는 데 사용된다.이 영역의 측정은 NuMI ^[7]빔을 사용하는 MINERaA와 같은 다른 유사한 실험을 보완할 것입니다.

은하 초신성으로부터 중성미자를 검출할 수 있기 때문에, NOaA는 초신성 조기 경보 시스템의 일부를 형성할 것입니다.NOaA의 초신성 데이터는 슈퍼 카미오칸데의 초신성 데이터와 상관하여 중성미자의 ^[4]진동에 대한 물질 영향을 연구할 수 있다.

설계.

물리학적 목표를 달성하기 위해서는 중성미자 진동의 결과로 NuMI 빔(원래 뮤온 중성미자로만 구성됨)에 나타날 것으로 예상되는 전자 중성미자를 효율적으로 검출해야 한다.

페르미랍, MINOS 및 NOaA의 축척을 나타내는 지구의 단면.빨간색 선은 NuMI 빔의 중심축입니다.

MINOS와 같은 이전의 중성미자 실험은 지하에 있기 때문에 우주선의 배경을 줄였다.그러나 NOaA는 표면에 존재하며 정확한 타이밍 정보와 명확하게 정의된 빔 에너지에 의존하여 스플리어스 백그라운드 카운트를 줄입니다.NuMI 빔의 원점에서 810km 떨어져 있고 빔의 중심축에서 서쪽으로 14밀리라디안(12km) 떨어져 있다.이 위치에서는 중앙에 위치한 빔보다 훨씬 좁은 에너지 분포를 가진 빔을 샘플링하여 배경의 영향을 ^[4]더욱 줄입니다.

검출기는 미세 입자 액체 섬광 검출기 쌍으로 설계된다.근접 검출기는 페르미랍에 있으며 비진동^{[check spelling]} 빔을 샘플링합니다.원거리 검출기는 미네소타 북부에 있으며, 액체 섬광기로 채워진 약 500,000개의 셀(각 4cm × 6cm × 16m)로 구성된다.각 셀은 섬광을 수집하기 위한 광섬유 케이블의 루프를 포함하고 있으며, 그 양끝은 판독을 위한 눈사태 포토다이오드로 이어진다.

NO'A 근접 검출기(Fermilab에서^[8] 더 많은 수치)

근접 검출기의 일반적인 설계는 동일하지만, 대략1파운드 2백 파운드나 됩니다.이 222톤 검출기는 섬광기 충전 셀 186면(31면 6블록)과 뮤온 포집기로 구성된다.모든 평면은 동일하지만 처음 6개는 거부권 영역으로 사용된다. 여기서 시작되는 입자 샤워는 중성미자가 아닌 것으로 간주되며 무시된다.다음 108개의 평면은 기준 영역 역할을 하며, 여기서 시작되는 입자 샤워는 관심 있는 중성미자 상호작용입니다.최종 72면은 기준 영역에서 시작된 입자 소나기의 후행 부분을 관찰하는 "샤워 격납 영역"이다.마지막으로 길이 1.7m의 "muon catcher" 영역은 10개의 액체 섬광기 활성 평면이 교차된 강판으로 구성된다.

콜라보레이션

NOA 실험에는 다수의 연구소의 과학자들이 참여하고 있다.기관마다 맡은 임무가 다르다.콜라보레이션과 그 서브그룹은 매주 전화로 정기적으로 회의를 개최하고 있으며, 1년에 몇 번 직접 회의를 개최합니다.2018년 4월 현재 참여 기관은 다음과 같습니다.^[9]

자금 조달 이력

2007년 말 NOaA는 에너지부의 '중요한 의사결정 2' 심사를 통과했습니다.이는 설계, 비용, 일정 및 과학적 목표가 대략 승인되었음을 의미합니다.이것에 의해, 이 프로젝트를 에너지성의 의회 예산 요구에 포함할 수 있게 되었습니다(NO는, 「Critical Decision 3(중요한 의사결정 3)」의 재검토가 필요하게 되었습니다).

2007년 12월 21일, 부시 대통령은 고에너지 물리학에 대한 예산을 예상 가치인 7억 8200만 ^[10]달러에서 8800만 달러 삭감하는 옴니버스 지출 법안인 H.R. 2764에 서명했다.페르미랍의 예산은 5200만 달러 ^[11]삭감되었다.이 법안은 "프로톤 가속기 기반 물리학에 대한 기금 내에서 테바트론 ^[12]^[13]복합 개선의 NO-A 활동에 대한 자금은 제공되지 않는다"고 명시했다.따라서 NOaA 프로젝트는 에너지부와 페르밀랍의 승인을 유지했지만 의회는 NOaA에 검출기 구축, 직원 급여 지급 또는 과학적 결과 추구를 위한 2008 회계연도에 자금을 제공하지 않았다.그러나 2008년 7월 의회는 NO,A에 대한 자금 지원을 포함한 추가 예산안을 ^[14]통과시키고 대통령이 서명함으로써 협력이 재개될 수 있게 되었다.

NO-A 근방 검출기(Near Detector on Surface, NDOS) 프로토타입은 11월에 페르미랍에서 가동되기 시작했으며 2010년 ^[15]12월 15일 NuMI 빔에서 첫 중성미자를 등록했다.시제품으로서 NDOS는 사용 사례를 확립하고 나중에 페르밀랍에 근접 검출기로 설치되는 검출기 구성 요소 및 애쉬 리버, MN(48°224545nN 92°493754″W / 48.37937N 92.8316437/4837)의 설계 개선을 제안하는 데 있어 협업을 잘 수행했다.

NOvA 건물의 건설이 완료되면 검출기 모듈의 건설이 시작되었다.2012년 7월 26일 첫 번째 모듈이 설치되었다.검출기 홀이 가득 찰 때까지 모듈의 배치와 접착이 1년 이상 계속되었다.

최초 검출은 2014년 2월 11일에 이루어졌으며, 그 해 9월에 공사가 완료되었다.2014년 ^[16]10월에 본격 가동되었습니다.

레퍼런스

^ Radovic, Alexander (12 January 2018). "Latest Oscillation Results from NOvA from NOvA" (Joint Experimental-Theoretical Physics). NOvA Document Database. Femilab. Retrieved 30 March 2018.
^ "Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay". Physical Review Letters. 108: 171803. 8 March 2012. arXiv:1203.1669. Bibcode:2012PhRvL.108q1803A. doi:10.1103/PhysRevLett.108.171803. PMID 22680853.
^ Abe, K.; et al. (T2K Collaboration) (16 Apr 2014). "Observation of electron neutrino appearance in a muon neutrino beam". arXiv:1311.4750.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Ayres, D.S.; et al. (NOνA Collaboration). "NOνA proposal to build a 30 kiloton off-axis detector to study neutrino oscillations in the Fermilab NuMI beamline". arXiv:hep-ex/0503053.
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^ "House Amendments to Senate Amendment to H.R. 2764 – State, Foreign Operations, and Related Programs Appropriations Act, 2008" (PDF). Division C – Energy and Water. Consolidated Appropriations Act, 2008. p. 39 (PDF page 79. Archived from the original (PDF) on 26 December 2007. Retrieved 21 December 2007.
^ "Index page for the whole Amendment". H.R. 2764. Archived from the original on 26 December 2007.
^ Minkel, J.R. (7 July 2008). "Fermilab saved from chopping block — for now". Scientific American.
^ "First neutrinos for NOvA prototype detector". Fermilab Today. 21 December 2010. p. 1. Retrieved 22 December 2010.
^ "Fermilab's 500 mile neutrino experiment up and running". Interactions NewsWire. 6 October 2014.

외부 링크

[RadovicWC-1] Radovic, Alexander (12 January 2018). "Latest Oscillation Results from NOvA from NOvA" (Joint Experimental-Theoretical Physics). NOvA Document Database. Femilab. Retrieved 30 March 2018.

[2] "Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay". Physical Review Letters. 108: 171803. 8 March 2012. arXiv:1203.1669. Bibcode:2012PhRvL.108q1803A. doi:10.1103/PhysRevLett.108.171803. PMID 22680853.

[3] Abe, K.; et al. (T2K Collaboration) (16 Apr 2014). "Observation of electron neutrino appearance in a muon neutrino beam". arXiv:1311.4750.

[proposal-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Ayres, D.S.; et al. (NOνA Collaboration). "NOνA proposal to build a 30 kiloton off-axis detector to study neutrino oscillations in the Fermilab NuMI beamline". arXiv:hep-ex/0503053.

[5] "Neutrino Oscillation Experiment at JHF" (PDF). The T2K Collaboration (Letter of Intent). JHF. 21 Jan 2003.

[6] Cao, J. (27 Sep 2005). "Daya Bay Neutrino Experiment". arXiv:hep-ex/0509041.

[7] McFarland, K.; et al. (MINERνA collaboration). "MINERvA: A dedicated neutrino scattering experiment at NuMI". arXiv:physics/0605088.

[8] "Detector overview". fnal.gov. NOνA. Fermilab.

[9] NOaA 웹페이지: NOvA 콜라보레이션 2018년 4월 2일 취득

[10] "Budget cycle closing with disappointing DOE science outcome". FYI Number 121. American Institute of Physics. 18 December 2007. Retrieved 21 December 2007.

[11] Working, Russell (20 December 2007). "Fermilab budget slashed by $52 million, layoffs likely". Chicago Tribune. Archived from the original on 24 December 2007. Retrieved 21 December 2007.

[12] "House Amendments to Senate Amendment to H.R. 2764 – State, Foreign Operations, and Related Programs Appropriations Act, 2008" (PDF). Division C – Energy and Water. Consolidated Appropriations Act, 2008. p. 39 (PDF page 79. Archived from the original (PDF) on 26 December 2007. Retrieved 21 December 2007.

[13] "Index page for the whole Amendment". H.R. 2764. Archived from the original on 26 December 2007.

[14] Minkel, J.R. (7 July 2008). "Fermilab saved from chopping block — for now". Scientific American.

[15] "First neutrinos for NOvA prototype detector". Fermilab Today. 21 December 2010. p. 1. Retrieved 22 December 2010.

[16] "Fermilab's 500 mile neutrino experiment up and running". Interactions NewsWire. 6 October 2014.

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