![Коллаборация KamLAND видит осцилляции нейтрино!](https://images.astronet.ru/pubd/2002/12/30/0001182178/k1s.jpg)
20.12.2002 22:53 | В. Кобычев/scientific.ru
6 декабря 2002 года коллаборация KamLAND, состоящая из 92 физиков из Японии, США и Китая, сделала официальное сообщение о первом положительном результате поисков осцилляций реакторных антинейтрино.
Эксперимент KamLAND проводится в Японии, его основная цель -- поиск осцилляций реакторных антинейтрино. Детектор находится в подземной лаборатории Камиока, в той полости, где раньше был смонтирован детектор Камиоканде. Название KamLAND расшифровывается как Kamioka Liquid-scintillator Anti-Neutrino Detector. Сооружение установки было начато в 1998 году, а заработала она в начале 2002 года.
Основной (внутренний)
детектор установки содержит
килотонну жидкого
сцинтиллятора в прозрачной
нейлоновой сфере диаметром
13 м. Сцинтиллятор является
одновременно мишенью для
нейтрино, он состоит из
раствора псевдокумола в
додекане (20:80) с небольшой
добавкой дифенилоксазола,
который улучшает
сцинтилляционные
характеристики. Чистота
сцинтиллятора по урану, торию
и калию (природным
радиоактивным элементам,
способным давать вклад в фон
детектора) доведена до
нескольких единиц на 10-16 г/г. Пластиковая сфера со сцинтиллятором
подвешена в центре стальной сферы, заполненной прозрачной смесью жидких
парафинов (массой ~2 килотонны). На внутренней поверхности стальной
сферы расположены 1879 фотоумножителей двух типов (17- и 20-дюймового
диаметра). Момент срабатывания каждого ФЭУ отслеживается с точностью
~3.5 нс, что позволяет не только измерять энергию событий, но и
восстанавливать координаты сцинтилляционной вспышки.
Основной детектор смонтирован внутри внешнего защитного водно-черенковского детектора -- в заполненной сверхчистой водой стальной цилиндрической емкости диаметром 18 м. Внешний детектор служит для обнаружения космических мюонов. Хотя почти все мюоны, рождающиеся в верхних слоях атмосферы, поглощаются километровой толщей скалы над подземной лабораторией, небольшая часть их все же достигает установки, и генерируемые ими быстрые нейтроны могут вызвать ложное срабатывание основного детектора. Поэтому после зарегистрированного пролета мюона набор данных основным детектором временно приостанавливается.
Ядерные реакторы (их около 70), которые служат источниками антинейтрино,
в среднем удалены от детектора на 175 км, хотя даже реакторы из Кореи
вносят некоторый вклад (примерно 2.5%) в общий поток. Суммарная тепловая
мощность всех этих реакторов равна 130 ГВт, а поток антинейтрино, который
создается ими в месте, где расположена установка, составляет
1х106 см-2с-1.
Для детектирования антинейтрино используется так называемая реакция
обратного бета-распада -- захват электронного антинейтрино протоном,
который при этом превращается в нейтрон и излучает позитрон. Позитрон
тут же аннигилирует с одним из окружающих электронов, вызывая вспышку
в
сцинтилляторе. Нейтрон же в течение некоторого времени (в среднем
200 мкс) путешествует в жидкости, а затем захватывается протоном, образуя
ядро дейтерия и гамма-квант энергией 2.2 МэВ, который вызывает вторую
вспышку. За 145 дней набора данных в энергетическом интервале 1-10 МэВ
были обнаружены 54 события такого вида. В то же время Стандартная
Модель (которая запрещает осцилляции нейтрино) предсказывает 86.85.5
события. Отношение наблюдаемого и предсказанного эффекта составляет
0.611
0.085(stat.)
0.041(syst.). Таким образом, эффект вполне достоверен
(четыре сигмы, или 99.9% доверительной вероятности). Результат
KamLANDа подтверждает решение LMA (Large Mixing Angle) для параметров
смешивания нейтрино, причем наилучшим образом с измерениями
согласуется угол смешивания
и разность масс
эВ2.
Это означает, что электронные нейтрино смешаны
с
остальными двумя ароматами (мюонными и тау) в максимальной степени.
Прочие варианты решений -- SMA (малый угол смешивания), LOW (большой
угол, малая разность масс) и "Just-So" (большой угол, очень малая разность
масс) -- сейчас практически исключены.
Следует отметить, что это
первое наблюдение осцилляций
реакторных нейтрино. Более
ранние эксперименты (на
реакторах в Красноярске,
Ровно, Саванна-Ривер,
Гёсгене, Буже...) были гораздо
менее чувствительны, что в
первую очередь связано с
малым расстоянием детектора
от реактора (см.рисунок). Даже
более чувствительные
недавние эксперименты
CHOOZ и Пало-Верде
выполнялись лишь на километровом расстоянии от активной зоны. KamLAND,
резко увеличив массу мишени и снизив фон, смог продвинуться сразу на
два
порядка по расстоянию, что и позволило ему попасть в область осцилляций.
Публикации с ключевыми словами:
нейтрино - осцилляции нейтрино
Публикации со словами: нейтрино - осцилляции нейтрино | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> |