El experimento K2K ( KEK a Kamioka ) fue un experimento de neutrinos que se llevó a cabo desde junio de 1999 hasta noviembre de 2004. Usó neutrinos muónicos de un haz bien controlado y entendido para verificar las oscilaciones observadas previamente por Super-Kamiokande usando neutrinos atmosféricos . Esta fue la primera medición positiva de las oscilaciones de neutrinos en la que tanto la fuente como el detector estaban completamente bajo el control de los experimentadores. [1] [2] Experimentos anteriores se basaron en neutrinos del Sol o de fuentes cósmicas. El experimento encontró parámetros de oscilación que eran consistentes con los medidos por Super-Kamiokande.
K2K es un experimento de neutrinos que dirigió un haz de neutrinos muónicos (
v
m) desde el Sincrotrón de protones de 12 GeV en el KEK , ubicado en Tsukuba , Ibaraki , al Observatorio Kamioka , ubicado en Kamioka , Gifu , a unos 250 km de distancia. [3] Los neutrinos muónicos viajaron a través de la Tierra , lo que les permitió oscilar (cambiar) en otros tipos de neutrinos , es decir, en neutrinos electrónicos (
v
mi) y neutrinos tau (
v
τ). Sin embargo, K2K se centró únicamente en
v
m→
v
τoscilaciones [4]
El haz de protones del sincrotrón se dirigió a un objetivo de aluminio y las colisiones resultantes produjeron una gran cantidad de piones . Luego, estos piones se concentraron en un tubo de desintegración de 200 m, donde se descompondrían en muones y neutrinos muónicos . [3] Los muones se detuvieron al final de la tubería, dejando un haz de neutrinos muónicos. La composición exacta del haz contenía más del 97 % de neutrinos muónicos, y el otro 3 % estaba compuesto por neutrinos electrónicos (
v
mi), antineutrinos electrónicos (
v
mi) y antineutrinos muónicos (
v
m). [4]
Después de salir de la tubería, los neutrinos pasaron por un detector de neutrinos Cherenkov de agua de 1 kilotón ("detector cercano") ubicado a unos 300 m del objetivo de aluminio para determinar las características del haz de neutrinos . Este "detector cercano" de 1 kilotón era una versión reducida del "detector lejano" Super-Kamiokande de 50 kilotones ubicado en el Observatorio Kamioka , que permitió a los científicos eliminar ciertas incertidumbres sistemáticas que estarían presentes si se usaran dos tipos de detectores diferentes. usó. [5] Esta configuración de doble detector permitió la comparación del haz de neutrinos en el detector cercano con el haz de neutrinos en el detector lejano para determinar si los neutrinos habían oscilado o no. [6]
La colaboración K2K consistió en aproximadamente 130 físicos de 27 universidades e institutos de investigación de todo el mundo, que se enumeran a continuación. [7] La lista completa de científicos y sus países de origen está disponible en el sitio web de K2K .
Los resultados finales de K2K encontraron que con un 99,9985 % de confianza (4,3 σ ) había habido una desaparición de los neutrinos muónicos. Ajustando los datos bajo la hipótesis de la oscilación, el mejor ajuste para el cuadrado de la diferencia de masa entre los neutrinos muónicos y los neutrinos tau fue Δ m 2 = 2,8 × 10 −3 eV 2 . [4] Este resultado está en buen acuerdo con el resultado anterior de Super-Kamiokande , [8] y el resultado posterior de MINOS . [9]