1 / 38

Nadświetlne neutrina – wyniki eksperymentu OPERA

Nadświetlne neutrina – wyniki eksperymentu OPERA. Ewa Rondio Narodowe Centrum Badań Jądrowych. RADA DO SPRAW ATOMISTYKI. Warszawa, 1 .12.2011. neutrina n - cząstki punktowe ... bez ładunku elektrycznego, (bez masy ?).

irving
Download Presentation

Nadświetlne neutrina – wyniki eksperymentu OPERA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Nadświetlneneutrina –wyniki eksperymentu OPERA Ewa Rondio Narodowe Centrum BadańJądrowych RADA DO SPRAW ATOMISTYKI Warszawa, 1 .12.2011

  2. neutrina n - cząstki punktowe ... bez ładunku elektrycznego, (bez masy ?) • istnienie n zaproponowano aby „uratować zasadę zachowania energii” w rozpadzie beta • Pauli powiedział, że zrobił rzecz straszną postulując istnienie cząstki której nigdy nie uda się zaobserwować ALE nie docenił experymentatorów • n nie wchodzą w skład ukłądów związanych • łamią symetrie P (odbicie lustrzane) • mamy różne „rodzaje” neutrin  występują w różnych „zapachach” n źródło: http://chall.ifj.edu.pl/przygodazczastkami/

  3. najbardziej nieuchwytne cząstki materii Neutrino? F. Reines: „....najmniejsza porcja rzeczywistosci, jaką kiedykolwiek człowiek wymyślił.” • masa neutrina < 10-6 masy elektronu • ładunek elektryczny = 0 • bardzo trudne do obserwacji •  biorą udział tylko w oddz. słabych Odgrywają ważną rolę w Modelu Standartowym • tworząparyznaładowanymileptonami • rodzajneutrinaokreślamyprzez lepton • którymutowarzyszywoddziaływaniu

  4. najbardziej nieuchwytne cząstki materiia tymczasem .... • Słońce emituje:2x1038ν/sek Na Ziemię przybywa: > 4x1010ν/sec/cm2 • Bardzo wiele neutrin powstało w Wielkim Wybuchu teraz we Wszechświecie jest ok. 330 ν/cm3 • 3 razy mniej niż fotonów, ale • 109 razy więcej niż nukleonów

  5. Model Standardowy – oddziaływania oddz. silne Z0 gluon W- W+ oddz. elekro-słabe g gluon Z0 W- W+ g

  6. Oddziaływania elektro-słabe (semi-leptonowe) Rozpad bneutronu (postulat isntnienia „malej neutralnej czastki” - Pauli ‘odwrotny rozpad beta’ Wychwyt elektronu

  7. Neutrina – cząstki nieuchwytne Neutrin jest bardzo dużo ale także niezwykle trudno je złapać! •  Nie mają ładunku elektrycznego •  Bardzo słabo oddziałują z materią • Aby je zatrzymać potrzebny byłby ołowiany blok o grubości 3 lat świetlnych!!! (czyli ok. 2 miliony razy dłuższy niż odległość z Ziemi do Słońca) •  Do ich badania potrzebujemy dużych detektorów • i sprytnej metody detekcji: Jak zarejestrować neutrino ? cząstka naładowana: e, m, t n BUM! Jądro atomowe

  8. jakzaobserwowacneutrina? rekonstrukcja – próbauzyskaniamaksimuminformacji: czas, energia ... • obserwacjacząsteknaładowanych • obserwacjaproduktówoddz. lubrozpaducząstekneutralnych • rekonstrukcjawierzchołkaoddziaływania przykładoweprocesydlaoddziaływańnanukleonieielektronie lepton identyfikuje rodzajneutrina możliwaobserwacjacząstekwtórnych jedynyprocesdlamałychenergii 100 razymniejszyprzekrójczynny

  9. detekcjaoddziaływańneutrin • detektoryscyntylacyjne • detektoryCzerenkowa (woda, lód, wodamorska) • detektorytypu “przekładaniec”: np. żelazo– scyntylator • emulsjejądrowe • komora TPC wypełniona ciekłymargonem

  10. zasadapomiaruprędkościneutrin • prędkośćneutrin to wynikdzieleniadrogiprzezczas, potrzebne jest więc • dokładnypomiardrogiprzebytejprzezneutrina: odległośćmiędzypunktemprodukcjiipunktemoddziaływania i • pomiarczasuprzelotuneutrin czas : określenieczasuprodukcjin określenieczasuoddziaływaniawdalekimdetektorze odległość : metodygeodezyjne oczekiwanyefekt jest bardzomały– potrzebna jest bardzodużaodległość analizaślepa – abyuniknąćobciążeńzwiązanychzsugerowaniasięoczekiwanymwynikiem

  11. analizaczasuprzelotu (ToF) neutrinasąprodukowanewsposóbsztuczny lecą pod ziemia do wielkiegodetektora przygotowanegodo ichdetekcjiipomiaruczasu

  12. wiązka neutrin CNGS i eksperymenty OPERA i ICARUS CERN Gran Sasso

  13. OPERA – detektorywarstwowe:przekładaniec : - warstwaciężkiegomateriału - warstwaczuła (scyntylator)

  14. emulsjejądrowe celemeksperymentu jest poszukiwanie sygnałuoddziaływanianeutrina-tau dotychczasopublikowanywynik: jeden kandydatnaoddziaływanie nt

  15. przygotowaniewiązkineutrin • pomiarczasudlaprotonówprzedtarczą • ocenaczasumiędzyoddziaływaniemwtarczy a produkcjaneutrina • poprawka jest 1.4x10-2 ns • czasprzelotuodpunktuprodukcjido detektora OPERA 2439280.9 ns jeslizałożymyprędkośćświatła

  16. profilczasowyprotonówpadającychnatarczę – 10.5 ms jeśliobserwujemyoddziaływaniew LNGS wiemytylkozktóregoimpulsu

  17. laboratoriumpodziemne LNGS w Gran Sasso

  18. czas jest liczonydlapierwszegosygnałuzarejestrowanegowdetektorze • potemrobisiepoprawkętakżebyotrzymaćczasnawejściu do detektora oddziaływaniawskałach przeddetektorem oddziaływaniawewnątrzdetektora

  19. rozkładczasudlawszystkichprzypadkówspełniającychkryteria “oddziaływanieneutrina”

  20. rozkładyprzedipodopasowaniuprzesunięcia • przesunięcie (1048.5+/-6.9)ns • dopasowania sądobre chi2 ok. 1-1.2

  21. ocenaniepewnościsystematycznych czas odległość : GPS – 2 cm, geodezyjnypomiarpodziemny – kilkanascie cm

  22. wynikidlapodzbiorówdanych • ostatecznie: • względnaróżnicaprędkościneutrin

  23. sprawdzeniezależnościodenergii • dlaoddziaływańkwazi-elastycznych (2_->2) możnawyznaczyćenergieneutrinamającpomiarmionu • podziałna 2 przedziały • niewidaćróżnicy (D= 13.4+/-26.3 ns)

  24. Odczasuogłoszeniawynikuwykonanokolejnesprawdzenia : • dokładnaocenazmianodległościzwiązanazpływamiwywołanymiprzyciąganiemksiężyca- 2cm/rok • wiązkaporuszasiezgodniezkierunkiemobrotuZiemi – 2.2 ns, powiększaefektv>c • efektyrelatywistyczneigrawitacyjne – wpływnaodległość – max. 2cm • rozszerzanietermicznetarczy – zmianagęstości – max. 3 promile • dokładnośćpozycji proton  neutrino - 50 mm

  25. nowedane: 22.X-6.XI, 4*1016 pot • zbieraniedanychzbardzokrótkiimpulsemprotonów 2 ns impuls, 524 ns przerwa • nietrzebarobićfituwiemykiedybyłimpulszktóregowidzimyoddziaływanie • zaobserwowano 20 oddziływań • czaswysłanianeutrinaznanyzdokładnością do 2 ns

  26. przesunięcied = ToFn - ToFc • każdeoddziaływaniemożnaprzypisać do krótkiegoimpulsu • nie ma dopasowania • dt jest liczonadlakażdegooddziaływania • jużniewielkapróbkapozwalasprawdzićczy jest przesunięcie • d=(62.1+/-3.7) ns zgodnezpoprzednimwynikiem

  27. Troche historii-bo to niepierwszytakipomiarwcześniejwynikiembyłytylkoograniczenianaróżnicęprędkości • FNAL – neutrinanakrótkiejbazie, En>30GeV, limit (v-c)/c < 4*10-5(publ. Phys.Rev.Lett, 1979) • MINOS – publikacjaz 2007 roku, podobne L, maksimumenergii 3 GeV, limit (v-c)/c<(5.1+/-2.9)*10-5 1.8 s • SN1987A , En ~10 MeV, bazanaprawdędługa – 163 000 ly limit (v-c)/c<2*10-9 <<< wynik OPERY !!!

  28. MINOS przekładaniec: - warstwaciężkiegomateriału- warstwaczuła (scyntylator) dwadetektory – bliskiidaleki MINOS MINOS

  29. neutrina z wybuchu SN1987Aprzyleciały 3 godziny wcześniej niż sygnał świetlny 3 detektory zarejestrowały sygnał z supernowej:  Kamiokande (Japonia) – 11 przypadków  IMB (USA) – 8 przypadków  Baksan (Rosja) – 5 przypadków Tego typu sygnał pojawił się w detektorach neutrin i to on był oznaką wybuchy supernowej. gdybyróżnicaprędkościbyła taka jakąwidzi OPERA przyleciałyby 4 lataprzedświatłem !!!!

  30. planynaprzyszłość: • wprzyszłymrokudłuższyokreszwiązkąimpulsową (2 ns – 100 ns) • udział 4 eksperymentówz Gran Sasso • OPERA • ICARUS • BOREXINO • LVD • niezależnezegary, kalibracja • wspólnainfrastrukturaw LNGS różnetechnikidetekcji, czułośćnaefektysystematyczne, niezależnaanaliza

  31. e-,15 GeV, pT=1.16 GeV/c 120 cm CNGS e interaction, E=16.6 GeV Vertex: 10,2p,3n,2 ,1e- 290 cm CNGS  interaction, E=21.3 GeV 80 cm Vertex: 3,5p,9n,3,1 300 cm ICARUS • Detektor ciekłoargonowy (LAr) • Poszukiwanie oscylacji νμ=>ντ • Rejestracja produktów oddziaływań neutrin -> jonizacja ośrodka, rejestracja ładunku

  32. Borexino • detektorscyntylacyjny, zbieradaneod 2007 • badaneutrinaSłoneczne • akceptacjakilkarotniewiększaniżOpery

  33. LVD • 23x13x10 metrów • działaod 1992 roku • monitorujeGalaktyke, • zadanie rejestracjazapaścigrawitacyjnej masywnejgwiazdy element “Supernova Early Worning System – SNEWS”

  34. planynaprzyszłość: • pomiaryplanowaneteżnapozostałychwiązkachneutrin (USA, Japonia) • pomiardlaanty-neutrin czekamynadalszesprawdzenia, wyniktakzaskakujący, żewymagacałkowicieniezależnegopotwierdzeniawszystkichelementów

  35. wiązkawJaponiiT2K = Tokaj do Kamioki • mniejszaodległość, spodziewanyefekt ~25 ns • wiązkabędzieuruchomionawstyczniu 2012

  36. Podsumowanie • neutrinasątrudne do detekcji, ale mamycorazwięcejinformacjionich • pomiarprędkościneutrinadostarczyłzaskakującegowyniku, trwasprawdzanie • pierwszy test (główniemetodyanalizy) potwierdziłorginalnyzaskakującywynik • publikacjazostaławysłana do recenzentów • bogateplanynaprzyszłyrok dziedzinawktórejwielesiędzieje spodziewamysięnowychwynikówwnajbliższymczasie

More Related