1 / 26

БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин

БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин. 21 - 25 ноября. “ Ga experiments have given a great impact upon a view of neutrino oscillation ” John Bahcall. Вклад Ga экспериментов в понимание физики Солнца и физики нейтрино. В.Н. Гаврин

troy-hays
Download Presentation

БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин

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. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября “Ga experiments have given a great impact upon a view of neutrino oscillation” John Bahcall Вклад Ga экспериментов в понимание физики Солнца и физики нейтрино В.Н. Гаврин Институт ядерных исследований РАН

  2. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября Содержание доклада • Немного истории • Ga солнечные нейтринные измерения • Ga измерения с нейтринными источниками • Возможности SAGE для исследования перехода в стерильные состояния

  3. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября (1 SNU = 1 захват нейтрино/секв мишени, содержащей 1036 атомов изотопа, захватывающего нейтрино). 71Ga(ν,e-)71Ge Eth = 233 keV Особенность, отличающая Ga эксперименты от всех других прошедших и настоя-щих солнечных нейтринных экспериментов, состоит в его чувствительности к протон-протонной реакции, p + p → d + e+ + νe, в которой генерируется подавляющая часть солнеч-ной энергии боле 40 лет мистерии солнечных нейтрино (+ νs )

  4. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября GALLEX/GNO Gran Sasso, Italy, 3500m.w.e. SAGE Баксан, Россия, 4700 м.в.э. Хорошее согласие между результатами Ga экспериментов увеличивает достоверность получаемых результатов. Это была замечательная ситуация, что в течение нескольких лет существовали два Ga эксперимента, SAGEиGALLEX/GNO, которые вели набор данных в одно и то же время и действительно заслуживает большого сожаления тот факт, что эксперимент GNO был остановлен. 1990 - 2011, действующий 211ранов (январь 1990 – август 2011) результат:65.1+3.7-3.8SNU 1991 – 2003 завершенный 123ранов (май 1991 – апрель 2003) результат: 67.6 ± 5.1 SNU Средневзвешенная величина результатов всех Ga экспериментов составляет в настоящее время 66.1±3.1 SNU

  5. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября [pp+7Be+CNO+pep+8B|Ga] =66.1 ± 3.1 SNU ( из323 солнечных нейтринныхизвлеченийSAGEиGALLEX/GNOэкспериментов) [7Be|Borexino] = (5.18 ± 0.51) ×109ne/(см2с)→ [7Be|Ga] = 19.1+2.3-2.1SNU [8B|SNO] = (1.67 ± 0.08) ×106ne/(см2с)→[8B|Ga] = 3.6+1.2-0.6 SNU →[pp+CNO+pep|Ga] = 43.3+3.8-4.1 SNU [7Be+CNO+pep+8B|Cl] = 2.56 ± 0.23 SNU →[7Be|Cl] = 0.67± 0.07 SNU →[8B|Cl] = 1.73 ± 0.12 SNU →[CNO+pep|Cl] = 0.16+0.26-0.16 SNU →[CNO+pep|Ga] = 3.44+3.4-3.4 SNU Половина верхнегопредела ( CNO|Ga + pep|Ga)скоростей with uncertainty 100% [pp|Ga] = [pp+CNO+pep|Ga] - [CNO+pep|Ga] = 39.9 ± 5.2 SNU измеренная pp скорость захвата в Ga экспериментах Поток pp нейтрино

  6. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября GAэксперименты: • показали наличие дефицита солнечных нейтрино во всем диапазоне энергии • нейтрино: SAGE/GALLEX&GNO: [pp+7Be+CNO+pep+8B|Ga] =61.1± 3.1 SNU (1) • дали прямое экспериментальное доказательство существования протон-протонной цепочки в реакциях термоядерного синтеза в Солнце : [pp|Ga] = 39.9 ± 5.2 SNU поток электронных ppнейтрино на Земле: (39.9 ± 5.2) / cross. sect. = (3.40+0.44-0.46) × 1010 ne/(cm2s) (2) • Предполагая, MSW-LMA решение солнечных нейтринных осцилляций, это значение соответствует ожидаемому потоку pp нейтрино, предсказываемому двумя современными SSM : (3) - поток ppнейтрино на Земле: (3.40+0.44-0.46) × 1010/( Pee = 0.560(1+0.030-0.045))=(6.1 ± 0.84) × 1010 ne/(cм2с) (5.97±0.05) × 1010 ne/(cm2 s) (BPS08(GS)) (high metallicity) (6.04±0.05) × 1010 ne/(cm2 s) (BPS08(AGS05)) (low metallicity)

  7. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября Таким образомGAэксперименты: • показали хорошее согласие теории с экспериментом: SSM, MSW, LMA • в настоящее время обеспечивают единственное прямое измерение скорости ppреакции • Кроме этого: • развили технологию изготовления интенсивных искусственных источников нейтрино –инструмента для калибровки детекторов солнечных нейтрино низких энергий, и которые также могут быть использованы для исследования свойств нейтрино

  8. Галлиевые эксперименты с искусственными источниками GALLEX r =25cm r = 5cm r=200cm r = 76cm h = 128cm h=500cm Облучения галлиевой мишени искусственными источниками нейтрино в экспериментах SAGE и Gallex были проверкой экспериментальных процедур,включая химическое извлечение, счет 71Ge и технику анализа SAGE R = pmeasured/ppredict = 0.87±0.05 SAGEhas used 51Cr and 37Ar Результатс источниками указывает, что (1) предсказанная ССМ скорость захвата может быть завышена, (2) возможна статистическая флуктуация (~5%), (3) исчезновение электронных нейтрино указывает на реальный физический эффект. Например, нейтринные осцилляции с переходом из активных нейтрино в стерильноес Δm2 ~ 1эВ2. Такая интерпретация согласуется с результатами ряда реакторных и ускорительных экспериментов. Gallex has twice used 51Cr

  9. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября Измерения g.s. (1/2–) g.s. (5/2–) 1. Предсказанная ССМ скорость захвата может быть завышена? (Naoya Hata, Wick Haxton. Physics Letters B 353, 422-431 (1995) ) В RCNP, Осака, Япония были выполне-ны прецизионные измерения реакции 71Ga(3He, t) 71Ge для оценки вклада захвата нейтринона ядре 71Ga. “Thus, the discrepancy observed in theSAGE and GALLEX calibration data is further confirmed and possiblyeven slightly amplified.”Phys. Let. B in Press, 26 October 2011. Cледовательно, дефицит нейтрино в калибровочных Ga экспериментах может быть реальным физическим эффектом. Область энергий ν pp, 51Cr и37Ar

  10. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября Существуют ли стерильные нейтрино?

  11. Указания на Осцилляции с большой величиной Δm2~1 eV2⇒ Стерильные нейтрино? или Что-нибудь другое? • Положительные признаки: – LSND/MiniBooNEνμ→νe сигнал появления – MiniBooNE превышение числа событий в низких энергиях (νμ→νe ?) – Аномалия исчезновения в реакторных экспериментах (νe→νe) – Gallex-Sage пониженная скорость от калибровочных источников (νe исчезновение ?) • Отрицательные признаки: – CDHS и MiniBooNE ограничения на исчезновение νμ – MiniBooNE ограничения на исчезновениеνμ – Karmen ограничение на появление νμ→νe – Другие отрицательные результаты

  12. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября «Несмотря на тот факт, что сегодня нет непротиворечивой феноменоло-гической схемы для описания нарушения закона сохранения заряда и/или принципа Паули, было бы неправильно, если бы экспериментаторы прекратили проверку этих фундаментальных положений современной физики. В фундаментальной физике, если что-то может быть проверено, оно обязательно должно быть проверено.» Л. Б. Окунь «О ПРОВЕРКЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА И ПРИНЦИПА ПАУЛИ», Июнь 1989 г. Том 158, вып.2, УФН

  13. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября • Если указания на стерильные нейтрино принимаютсявсерьез , тогда осцилляции нейтрино должны быть количественно определены во всех каналах: – νe и νe появление – νμ и νμ исчезновение – νe и νe исчезновение • Эксперименты с искусственными источниками нейтринов SAGE и Borexino обеспечивают уникальные возможности для поиска осцилляций на очень коротких расстояниях, связанных с: – νe исчезновением

  14. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября Схеманового Ga эксперимента с источником 51Cr 71Ga(ν,e-)71Ge Скорость образования 71Ge : p = D <L> A(атомов / день), D= ρ N0f Mσ = 0.3906 (захватов нейтрино/смдень1MКи)– все физические факторы: сечение взаимодействия νσ =5.8×10-45(1+0.030.04) см2[Bahcall PRC.56, 1997], ρ- плотность Ga, и т.д.. A = 3.2 × 1021распадов51Cr /(день - MКи) –мощность источника <L> – усредненнаядлина пробегаν в Ga : <L> ~55 ± 0.05 cm. Ожидаемая скорость образования 71Ge в начале первого облучения:p = 64.5 ± 0.09 атомов/день, 3 MКи 51Cr Доказательства проявления нестандартных свойств нейтрино: ● наличие значительной разницы между скоростями захвата в зонах ● средняя скорость в обеих зонах значительно ниже ожидаемой скорости sin2(2q) = 0.3

  15. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября The MiniBooNE Detector (arXiv: 0806.4201) • 541 meters downstream of target • 3 meter overburden • 12.2 meter diameter sphere (10 meter “fiducial” volume) • Filled with 800 t of pure mineral oil (CH2) (Fiducial volume: 450 t) • 1280 inner phototubes (10% photocathode coverage), 240 veto phototubes • Simulated with a GEANT3 Monte Carlo • Энергия нейтрино распределена в широком энергетическом спектре • Размеры источников и детекторов имеют масштаб нескольких метров • Поток нейтрино, падающий на мишень, известен значительно хуже

  16. h = 55cm 44cm SAGE – GALLEX SAGE–…? W Cu W 517kCi 51Cr produced by irradiatin 512.7 g of 92.4%-enriched 50Cr in high-flux fast neutron breeder reactor BN-350 409kCi 37Ar produced by irradiatin 330 kg of CaO in the fast neutron breeder reactor BN-600 3MCi 51Cr 1994 –1995 2004 201? (1) 1.17 MCi 1994 –1995 (2) 1.87 MCi 1995 –1996

  17. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября Vote fortheGa and BOREXINO source experiments! 51Cr

  18. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября ПоддержитеGa и BOREXINO эксперименты с источником! 51Cr

  19. arXiv:1110.4265v1 [hep-ex] 19 Oct 2011 arXiv:1101.2755v1[hep-ex] 14Jan 2011

  20. Баксанская нейтринная обсерватория * 7 6 5 “Ковер-2” Установка ШАЛ 4 Установка ШАЛ “Андырчи” 1, 7 – Низкофоновая лаборатория 2 - Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп (БПСТ ) 3 - Лазерный интерферометр 4 - Акустическая гравитационная антенна 5 - Геофизическая лаборатория 6 - Галлий-германиевый нейтринный телескоп (SAGE) * - Для будущих проектов - Установка ШАЛ “Андырчи” 3 Вход втоннель 2 1 Вход в тоннель ПоселокНейтрино Neutrino village Гора Андырчи ЛГГНТ- 3,5 км от входа 2100 мвысота породы над лабораторией – 4700 м.в.э.

  21. Нейтрино и содержание тяжелых элементов в Солнце Одним из фундаментальных вкладов Стандартной Солнечной Модели является возможность исследования содержания в Солнце всех элементов выше гелия. Стандартная Солнечная Модель, основанная на модели со старым (высоким) содержанием тяжелых элементов (Grevesse и Sauval), (Space Sci.Rev.85, 161(1998) хорошо согласуется, в пределах 0.5%, c величиной скорости звука на Солнце, измеренной в гелиосейсмологии. Новейшая работа Asplund, Grevese и Sauval (Nucl.Phys.A 777(2006) указывает на понижение содержания тяжелых элиментов примерно в два раза. Этот результат разрушает согласие с гелиосейсмологией. Возможно прежнее согласие с высоким уровнем metallicity было случайным? Решению этой проблемы могут помочь измерения солнечных нейтрино от 7Ве (несовпадение 12%) и от СNO цикла (несовпадение 50-60%). Особенно прямое измерение нейтрино от CNO цикла могло бы разрешить эту полемику вокруг Стандартной Солнечной Модели.

  22. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября SAGE В настоящее время SAGE – единственный эксперимент, чувствительный к рр нейтрино. Он имеет самое длительное почти непрерывное время измерений среди действующих солнечных нейтринных экспериментов 21.6 лет(1990 – август 2011): 211 ранов, 396наборов данных Результаты измерений по годам Предварительно Предварительно SAGE продолжает выполнятьрегулярные солнечные нейтринные извлеченияиз ~50 т Gaкаждые четыре недели

  23. БНО ИЯИ РАН В.Н. Гаврин 21 - 25ноября GALLEX GNO GALLEX & GNO 73.4+7.1−7.3 SNU 62.9 +5.5–5.3 SNU (77.5 ± 6.2 SNU - old value) 67.6 ± 4.0 SNU[arXiv:1001.2731v1] (69.3 ± 4.1 SNUPhysics Letters B 616 (2005))

  24. SAGE 50т Ga 71Ga(ν,e-)71Ge GALLEX/GNO 30,3т Ga 7 t of Ga Оба эксперимента основаны на технологии химического извлечения нескольких атомов 71Ge из десятков тонн Ga мишени и на технологии счета распадов 71Ge в миниатюрном пропорциональном счетчике (менее 1 см3)

More Related