Нейтринные эксперименты, текущий статус

Нейтринные эксперименты, текущий статус.
Масальцева Анастасия Александровна
Учащаяся
ГБОУ СОШ №166 (СП 2), Москва, Россия
e-mail: anamasalcev@yahoo.com
Нейтрино представляют собой нейтральные фермионы с исключительно низким
сечением взаимодействия. Благодаря атипичным параметрам эти частицы представляют
интерес для современной физики, могут быть использованы для изучения далеких
астрономических объектов [1], в том числе суперновых , объяснить такие
астрофизичекие теории, как, к примеру, темная материя [2]; нейтринный луч может
представлять собой идеальное средство коммуникации. Они могут дать ответы на такие
фундаментальные вопросы Вселленной, как преобладание материи над антиматерией.
Нейтринная физика – область науки, вступившая в фазу активного развития около 50
лет назад. Для нее особенно важна экспериментальная деятельность, и за это время было
инициировано множество проектов, многие из которых были отменены, а единичные
представили данные глобального значения. В настоящее время в мире не существует
единой базы нейтринных экспериментов, и настоящий доклад является частью работы
по созданию подобного ресурса (Центра Данных Нейтринных Экспериментов), которая
ведётся сейчас в МГУ имени М.В.Ломоносова [3].
В данной работе рассматриваются несколько проектов, имеющих различный статус и
кардинально различающихся целями и методикой детектирования.
⅔ проводимых экспериментов занимает «осцилляционная индустрия» - направление
нейтринной физики, основанное на теории смешивания массовых состояний нейтрино и
превращении частицы одного «аромата» в нейтрино другого. Само явление нейтринных
осцилляций, как и наличие у нейтрино ненулевых масс, выходит за рамки Стандартной
модели. Нейтринный реакторный эксперимент San Onofre [4] был предложен в 1993г.
как низкоэнергетический экономичный (по сравнению с ускорительными
экспериментами) проект, целью которого являлось обнаружение эффектов осцилляций
в потоке реакторных нейтрино. Эксперимент, над подготовкой которого трудилась
группа ученых из Калифорнийского Технологического Института, так и не был
реализован.
Другой эксперимент с короткой базой, целью которого было доказательство
осцилляторной модели – COSMOS [5], инициированный Fermilab в 1994г. Если имел
место быть переход
в нейтринном луче, создаваемом Main Injector – протонным
ускорителем энергий 120 ГэВ, и таон, образованный в теле детектора при столкновении
таонного нейтрино и молекулы эмульсии, распадется, трек отрицательно заряженного
пиона был бы зарегистрирован в ионизационном калориметре с вероятностью до 100%.
Но абсолютная эффективность этого замысла оказалась лишь 10%, и в 1998 он был
отменен.
Эксперименты по нейтринной физике активно проводятся и в антарктических льдах
благодаря особым свойствам этого материала. RICE [6] – действующий (с 1997г.)
эксперимент по обнаружению нейтрино сверхвысоких энергий (более 1 ТэВ),
взаимодействующих с молекулами льда, от астрофизических объектов, основанный на
эффекте Аскарьяна. Cодержит набор компактных радио-антенн (100-500 МГц),
вкопанных в лед на глубине до 300 метров неподалеку от географического Южного
Полюса, на станции Амундсен-Скотт, фактически находясь «внутри» объема IceCube.
Среди основных целей эксперимента: «томографии» Земли, изучения нейтрино высоких
энергий и классификации их источников, изучения ГЗК-обрезания – нет поиска
осцилляций. На данный момент не было зарегистрировано ни одного события, т.к.
эффективного объема проекта оказалось недостаточно.
Некоторые проекты, не только никогда не претворенные в жизнь, но и отмененные на
стадии разработки, как например Aggressive, остаются в информационном пространстве,
и их ликвидация – также важный аспект систематизации знаний об экспериментальной
деятельности в области физики нейтрино.
Впрочем, это научное направление смело смотрит в будущее: планируемый
ускорительный эксперимент LBNE [7], как и COSMOS подвергающийся воздействию
Main Injector, представляет собой один из перспективных и амбициозных проектов
современности. Ученые считают, что именно нейтрино – ключ к пониманию эволюции
Вселенной, преобладанию материи над антиматерией, синтезу тяжелых элементов во
вспышках сверхновых. Из-за особенностей самих нейтрино продолжительность данного
эксперимента оценивается десятилетиями, и только после компиляции результатов
множества синхронных экспериментов мы сможем лучше понять природу этих
загадочных частиц.
Литература
1. Арбузов Б.А. Осцилляции нейтрино - "ренген" для небесных тел // СОЖ, 1998, No 9, с.
86–91.
2. lss.fnal.gov/conf/C0911181/Petraki_CosPA09.pdf (Sterile Neutrinos as Dark Matter)
3. http://www.phys.msu.ru/rus/news/slider-news-archive/2014/2014-neutrino-telescope/
4. A. Piepke, F. Boehm, M. Chen, B. Cook, H. Henrikson, R. Hertenberger, K. Lou, N.
Mascarenhas, D. Michael, V.M. Novikov, P. Vogel The San Onofre Reactor Neutrino Experiment A
Low Energy Test Of The Atmospheric Neutrino Anomaly// 1993
5. A.Asratyan, M.Balatz, G.Davidenko, A.Dolgolenko, G.Dzyubenko, A.Evdokimov,
A.Gerasimov, V.Kaftanov,M.Kubantsev, I.Larin, V.Matveev, V.Semyachkin,V.Verebryusov, and
V.Vishnyakov Search For Neutrrino Oscillations in the COSMOS Experiment at Fermilab // M., 1998
6. Dave Besson Status of the RICE experiment// International Europhysics Conference on High
Energy Physics, 1999, pp 1003-1006
7. lbne.fnal.gov/ (Long Baseline Neutrino Experiment)