el experimento MINOS consiste de dos detectores similares localizados a una distancia de 1.04 km(el detector cercano ND) y a 735 km (el detector lejano FD) de la fuente de producciónde neutrinos.El ND está localizado en Fermilab y el FD está localizado en el laboratorio subterráneo SOUDAN en el norte de Minesota.Crédito.Alan Stonebraker.
El "problema del neutrino atmosférico," es decir un déficit de neutrinos muón atmosféricos en relación con los neutrinos electrón, fué observado inicialmente por los experimentos IMB y Kamioka y se demostró entonces , que se debía a las oscilaciones νμ→ντ por el experimento SuperKamiokande en 1998. Las oscilaciones de neutrinos se producen si hay una mezcla entre sabores de neutrinos y si los sabores de neutrinos individuales consisten de una combinación lineal de los diferentes autoestados de masa del neutrino. En el caso de la mezcla de dos sabores, por ejemplo, la mezcla entre νμ y ντ , entonces la probabilidad de que νμ oscilará en un ντ viene dada por
P(νμ→ντ)=sin22θsin2(1.27Δm2L/E)
donde θ es el ángulo de mezcla, Δm2 es la diferencia de masas al cuadrado de la masa de los dos estados propios en eV2, L es la distancia recorrida por el neutrino, en km, y E es la energía del neutrino en GeV.
donde θ es el ángulo de mezcla, Δm2 es la diferencia de masas al cuadrado de la masa de los dos estados propios en eV2, L es la distancia recorrida por el neutrino, en km, y E es la energía del neutrino en GeV.
Además del IMB, Kamioka, y el SuperKamiokande, el K2K, Minos, y el experimental acelerador de neutrinos Ópera han confirmado la oscilación νμ→ντ la cuál resuelve el "problema del neutrino atmosférico." La medida más precisa de las oscilaciones νμ→ντ viene del experimento Minos, el cual consta de dos detectores similares [ ver aquí ] que se encuentran a distancias de 1.04 km [Detector Cercano (ND)] y 735 km [el detector lejano (FD)] de la fuente de producción de partículas. Los neutrinos son producidos por protones de 120 - GeV del Inyector Principal del Fermilab que interactúan en un blanco de grafito, seguido por cuernos magnéticos que enfocan ya sea piones positivos o kaones para producir un haz dominante νμ , o piones negativos y kaones para producir un mayor haz de νμ-. El detector ND, que se encuentra en el Fermilab, y el FD, que se encuentra en el Laboratorio Subterráneo SOUDAN en el norte de Minnesota (ver fig), realizan el seguimiento de calorímetros que consisten en planos de acero magnetizado (~1.4 T) intercalados con planos de centelleador plástico.Las interacciones de neutrinos en el acero producen muones, cuya energía se mide tanto por el alcance de la pista de muones contenida o por la curvatura de la pista de muones en el campo magnético. Esta curvatura también determina la carga de los muones y si el neutrinos incidente es un νμ o νμ- . La energía hadrónica se determina a partir de la cantidad total de luz producida en el centelleador. El total de energía del neutrino es la suma de la energía de muones y hadrones asociada. El MINOS está diseñado para realizar una medición de precisión de la desaparición de νμ y νμ- mediante la comparación de la distribución de la energía del neutrino en el FD (después de que los neutrinos han oscilado) a la distribución de la energía del neutrino en el ND (antes de que los neutrinos hayan oscilado).
El MINOS ha hecho la mejor medida del mundo de las oscilaciones de desaparición de νμ [ver aquí ]. Utilizando una muestra de los datos correspondientes a 7.25×1020 protones en el blanco (POT), MINOS midió el ajuste óptimo de los parámetros de oscilación de νμ dándo Δm2=2.32×10-3eV2 y sin22θ=1.0. Los experimentos de antineutrino son difíciles, debido a su baja tasa de eventos en comparación con los experimentos de neutrinos. Sin embargo, sobre la base de un valor de 1.71×1020 POT, MINOS también ha informado de la primera observación directa de las oscilaciones de desaparición νμ- [ver aquí ] y midió los parámetros de oscilación νμ- dándo Δm2=[3.36-0.40+0.46(stat.)±0.06(syst.)] ×10-3eV2 y sin22θ=0.86-0.12+0.11(stat.)±0.01(syst.). .La hipótesis de la no-oscilación en el modo antineutrino es desfavorecida en 6.3 desviaciones estándar;. Sin embargo, es significativo que los parámetros de desaparición νμ y νμ- parecen ser diferentes. Como se indica en el documento, "La probabilidad de que los subyacentes parámetros νμ y νμ- sean idénticos es de 2.0% ".
¿Qué podría explicar esta diferencia aparente entre la desaparición del neutrino muón y el antineutrino muón? En primer lugar, es posible que la diferencia sólo se debe a una fluctuación estadística. Esta posibilidad se pondrá a prueba por datos adicionales que MINOS tomará en los próximos años. Si la diferencia no es una fluctuación estadística, entonces es posible que sea debido a los efectos nucleares , los cuáles pueden causar una diferencia en la reconstrucción de la energía de los eventos neutrino en comparación con los eventos de antineutrino. A grandes diferencias de energía es poco probable, pero podría darse si la energía de hadrones es mal reconstruida. Los eventos de neutrinos tienen una mayor fracción de energía hadrónica que eventos de antineutrinos, y como la energía del neutrino se necesita para la determinación de Δm2, una medición errónea de la energía de los neutrinos entonces da lugar a una incorrecta medición de Δm2 .
Si la diferencia aparente entre la desaparición del neutrino muón y el antineutrino muón no se debe a una fluctuación estadística o a efectos nucleares, entonces tendríamos que considerar una nueva física más allá del modelo estándar. De hecho, el ajuste global de los datos de oscilación del neutrino y antineutrino [ ver aquí,aquí ,aquí ,aquí y aquí]encuentran tensión entre el conjunto de datos del neutrino y antineutrino y favorece diferentes parámetros de oscilación para el neutrino y antineutrino. Una posible solución más allá del modelo estándar implica interacciones no-estándar [ ver aquí ,aquí,aquí y aquí], las cuáles afectarían a los neutrinos y antineutrinos al atravesar la materia (como es el caso de MINOS) de forma diferente. Una posibilidad más extrema es que la simetría de Lorentz es violada [ ver aquí ] o la simetría CPT es violada [ver aquí ], y que los parámetros de la oscilación de neutrinos son diferentes de los parámetros antineutrinos. Si este fuera el caso, entonces el impacto sobre la física nuclear y de partículas serían profundas.
Afortunadamente, hay varios experimentos que están tomando los datos o siendo construidos que serán capaces de probar esta posible diferencia en la desaparición del neutrino muón y el antineutrino muón. Los experimentos SciBooNE y MiniBooNE en el Fermilab, que se encuentran a una distancia de 0.10 km y 0.54 km de la fuente de neutrinos, toman datos al mismo tiempo en ambos modos de neutrino y antineutrino y están realizando un análisis conjunto de los datos de su desaparición. Además, el experimento T2K en Japón tiene detectores a una distancia de 0.28 km y 295 km, y está ahora tomándo datos con los neutrinos.El T2K tiene la capacidad de cambiar a antineutrinos en unos pocos años. Además, el experimento NOνA en el Fermilab está en construcción y debería empezar a tomar datos en un par de años con detectores a una distancia de 1.0 km y 810 km. Finalmente, el experimento IceCube en el Polo Sur está midiéndo neutrinos atmosféricos de alta energía y antineutrinos y será sensible a la desaparición a distancias de aproximadamente 100 a 10,000 km.Los experimentos de neutrinos continuarán sorprendiéndonos? Es la simetría CPT conservada en el sector de leptones?Hay que mantenerse atentos.
Afortunadamente, hay varios experimentos que están tomando los datos o siendo construidos que serán capaces de probar esta posible diferencia en la desaparición del neutrino muón y el antineutrino muón. Los experimentos SciBooNE y MiniBooNE en el Fermilab, que se encuentran a una distancia de 0.10 km y 0.54 km de la fuente de neutrinos, toman datos al mismo tiempo en ambos modos de neutrino y antineutrino y están realizando un análisis conjunto de los datos de su desaparición. Además, el experimento T2K en Japón tiene detectores a una distancia de 0.28 km y 295 km, y está ahora tomándo datos con los neutrinos.El T2K tiene la capacidad de cambiar a antineutrinos en unos pocos años. Además, el experimento NOνA en el Fermilab está en construcción y debería empezar a tomar datos en un par de años con detectores a una distancia de 1.0 km y 810 km. Finalmente, el experimento IceCube en el Polo Sur está midiéndo neutrinos atmosféricos de alta energía y antineutrinos y será sensible a la desaparición a distancias de aproximadamente 100 a 10,000 km.Los experimentos de neutrinos continuarán sorprendiéndonos? Es la simetría CPT conservada en el sector de leptones?Hay que mantenerse atentos.
artículo del físico William C. Louis para physics.aps.
fuente de la información:
http://physics.aps.org/articles/v4/54
