Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 38

Nadświetlne neutrina – wyniki eksperymentu OPERA PowerPoint PPT Presentation


  • 88 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

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 ?).

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera

Nadświetlneneutrina –wyniki eksperymentu OPERA

Ewa Rondio

Narodowe Centrum BadańJądrowych

RADA DO SPRAW ATOMISTYKI

Warszawa, 1 .12.2011


Neutrina n cz stki punktowe bez adunku elektrycznego bez masy

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/


Najbardziej nieuchwytne cz stki materii

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


Najbardziej nieuchwytne cz stki materii a tymczasem

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


Model standardowy oddzia ywania

Model Standardowy – oddziaływania

oddz. silne

Z0

gluon

W-

W+

oddz. elekro-słabe

g

gluon

Z0

W-

W+

g


Oddzia ywania elektro s abe semi leptonowe

Oddziaływania elektro-słabe (semi-leptonowe)

Rozpad bneutronu (postulat isntnienia „malej neutralnej czastki” - Pauli

‘odwrotny rozpad beta’

Wychwyt elektronu


Neutrina cz stki nieuchwytne

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


Jak zaobserwowac neutrina

jakzaobserwowacneutrina?

rekonstrukcja – próbauzyskaniamaksimuminformacji: czas, energia ...

  • obserwacjacząsteknaładowanych

  • obserwacjaproduktówoddz. lubrozpaducząstekneutralnych

  • rekonstrukcjawierzchołkaoddziaływania

przykładoweprocesydlaoddziaływańnanukleonieielektronie

lepton identyfikuje

rodzajneutrina

możliwaobserwacjacząstekwtórnych

jedynyprocesdlamałychenergii

100 razymniejszyprzekrójczynny


Detekcja oddzia ywa neutrin

detekcjaoddziaływańneutrin

  • detektoryscyntylacyjne

  • detektoryCzerenkowa

    (woda, lód, wodamorska)

  • detektorytypu “przekładaniec”:

    np. żelazo– scyntylator

  • emulsjejądrowe

  • komora TPC wypełniona

    ciekłymargonem


Zasada pomiaru pr dko ci neutrin

zasadapomiaruprędkościneutrin

  • prędkośćneutrin to wynikdzieleniadrogiprzezczas,

    potrzebne jest więc

    • dokładnypomiardrogiprzebytejprzezneutrina: odległośćmiędzypunktemprodukcjiipunktemoddziaływania

      i

    • pomiarczasuprzelotuneutrin

      czas : określenieczasuprodukcjin

      określenieczasuoddziaływaniawdalekimdetektorze

      odległość : metodygeodezyjne

      oczekiwanyefekt jest bardzomały– potrzebna jest bardzodużaodległość

      analizaślepa – abyuniknąćobciążeńzwiązanychzsugerowaniasięoczekiwanymwynikiem


Analiza czasu przelotu tof

analizaczasuprzelotu (ToF)

neutrinasąprodukowanewsposóbsztuczny

lecą pod ziemia do wielkiegodetektora

przygotowanegodo ichdetekcjiipomiaruczasu


Wi zka neutrin cngs i eksperymenty opera i icarus

wiązka neutrin CNGS i eksperymenty OPERA i ICARUS

CERN

Gran Sasso


Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera

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


Emulsje j drowe

emulsjejądrowe

celemeksperymentu jest poszukiwanie

sygnałuoddziaływanianeutrina-tau

dotychczasopublikowanywynik:

jeden

kandydatnaoddziaływanie

nt


Przygotowanie wi zki neutrin

przygotowaniewiązkineutrin

  • pomiarczasudlaprotonówprzedtarczą

  • ocenaczasumiędzyoddziaływaniemwtarczy a produkcjaneutrina

  • poprawka jest 1.4x10-2 ns

  • czasprzelotuodpunktuprodukcjido detektora OPERA 2439280.9 ns jeslizałożymyprędkośćświatła


Profil czasowy proton w padaj cych na tarcz 10 5 m s

profilczasowyprotonówpadającychnatarczę – 10.5 ms

jeśliobserwujemyoddziaływaniew LNGS wiemytylkozktóregoimpulsu


Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera

laboratoriumpodziemne LNGS w Gran Sasso


Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera

  • czas jest liczonydlapierwszegosygnałuzarejestrowanegowdetektorze

  • potemrobisiepoprawkętakżebyotrzymaćczasnawejściu do detektora

oddziaływaniawskałach

przeddetektorem

oddziaływaniawewnątrzdetektora


Rozk ad czasu dla wszystkich przypadk w spe niaj cych kryteria oddzia ywanie neutrina

rozkładczasudlawszystkichprzypadkówspełniającychkryteria “oddziaływanieneutrina”


Rozk ady przed i po dopasowaniu przesuni cia

rozkładyprzedipodopasowaniuprzesunięcia

  • przesunięcie

    (1048.5+/-6.9)ns

  • dopasowania

    sądobre

    chi2 ok. 1-1.2


Ocena niepewno ci systematycznych

ocenaniepewnościsystematycznych

czas

odległość : GPS – 2 cm,

geodezyjnypomiarpodziemny – kilkanascie cm


Wyniki dla podzbior w danych

wynikidlapodzbiorówdanych

  • ostatecznie:

  • względnaróżnicaprędkościneutrin


Sprawdzenie zale no ci od energii

sprawdzeniezależnościodenergii

  • dlaoddziaływańkwazi-elastycznych (2_->2) możnawyznaczyćenergieneutrinamającpomiarmionu

  • podziałna 2 przedziały

  • niewidaćróżnicy

    (D= 13.4+/-26.3 ns)


Od czasu og oszenia wyniku wykonano kolejne sprawdzenia

Odczasuogłoszeniawynikuwykonanokolejnesprawdzenia :

  • dokładnaocenazmianodległościzwiązanazpływamiwywołanymiprzyciąganiemksiężyca- 2cm/rok

  • wiązkaporuszasiezgodniezkierunkiemobrotuZiemi – 2.2 ns, powiększaefektv>c

  • efektyrelatywistyczneigrawitacyjne – wpływnaodległość – max. 2cm

  • rozszerzanietermicznetarczy – zmianagęstości – max. 3 promile

  • dokładnośćpozycji proton  neutrino - 50 mm


Nowe dane 22 x 6 xi 4 10 16 pot

nowedane: 22.X-6.XI, 4*1016 pot

  • zbieraniedanychzbardzokrótkiimpulsemprotonów

    2 ns impuls, 524 ns przerwa

  • nietrzebarobićfituwiemykiedybyłimpulszktóregowidzimyoddziaływanie

    • zaobserwowano 20 oddziływań

    • czaswysłanianeutrinaznanyzdokładnością do 2 ns


Przesuni cie d tof n tof c

przesunięcied = ToFn - ToFc

  • każdeoddziaływaniemożnaprzypisać do krótkiegoimpulsu

  • nie ma dopasowania

  • dt jest liczonadlakażdegooddziaływania

  • jużniewielkapróbkapozwalasprawdzićczy jest przesunięcie

  • d=(62.1+/-3.7) ns

    zgodnezpoprzednimwynikiem


Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera

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 !!!


Minos przek adaniec warstwa ci kiego materia u warstwa czu a scyntylator

MINOS przekładaniec: - warstwaciężkiegomateriału- warstwaczuła (scyntylator)

dwadetektory – bliskiidaleki

MINOS

MINOS


Neutrina z wybuchu sn1987a przylecia y 3 godziny wcze niej ni sygna wietlny

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 !!!!


Plany na przysz o

planynaprzyszłość:

  • wprzyszłymrokudłuższyokreszwiązkąimpulsową (2 ns – 100 ns)

  • udział 4 eksperymentówz Gran Sasso

    • OPERA

    • ICARUS

    • BOREXINO

    • LVD

  • niezależnezegary, kalibracja

  • wspólnainfrastrukturaw LNGS

    różnetechnikidetekcji, czułośćnaefektysystematyczne, niezależnaanaliza


Icarus

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


Borexino

Borexino

  • detektorscyntylacyjny, zbieradaneod 2007

  • badaneutrinaSłoneczne

  • akceptacjakilkarotniewiększaniżOpery


Nad wietlne neutrina wyniki eksperymentu opera

LVD

  • 23x13x10 metrów

  • działaod 1992 roku

  • monitorujeGalaktyke,

  • zadanie

    rejestracjazapaścigrawitacyjnej

    masywnejgwiazdy

    element “Supernova Early Worning System –

    SNEWS”


Plany na przysz o1

planynaprzyszłość:

  • pomiaryplanowaneteżnapozostałychwiązkachneutrin (USA, Japonia)

  • pomiardlaanty-neutrin

    czekamynadalszesprawdzenia, wyniktakzaskakujący, żewymagacałkowicieniezależnegopotwierdzeniawszystkichelementów


Wi zka w japonii t2k tokaj do kamioki

wiązkawJaponiiT2K = Tokaj do Kamioki

  • mniejszaodległość, spodziewanyefekt ~25 ns

  • wiązkabędzieuruchomionawstyczniu 2012


Podsumowanie

Podsumowanie

  • neutrinasątrudne do detekcji, ale mamycorazwięcejinformacjionich

  • pomiarprędkościneutrinadostarczyłzaskakującegowyniku, trwasprawdzanie

  • pierwszy test (główniemetodyanalizy) potwierdziłorginalnyzaskakującywynik

  • publikacjazostaławysłana do recenzentów

  • bogateplanynaprzyszłyrok

dziedzinawktórejwielesiędzieje

spodziewamysięnowychwynikówwnajbliższymczasie


  • Login