El experimento K2K ( KEK a Kamioka ) fue un experimento de neutrinos que se llevó a cabo desde junio de 1999 a noviembre de 2004. Usó neutrinos muónicos de un haz bien controlado y bien entendido para verificar las oscilaciones previamente observadas 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.
Diseño experimental
K2K es un experimento de neutrinos que dirigió un haz de neutrinos muónicos (
ν
μ) desde el Sincrotrón de protones de 12 GeV en el KEK , ubicado en Tsukuba , Ibaraki , hasta el 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 sabores de neutrinos , es decir, en neutrinos electrónicos (
ν
mi) y neutrinos tau (
ν
τ). K2K sin embargo, se centró solo en
ν
μ →
ν
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 . Estos piones se enfocaron luego en una tubería de desintegración de 200 m, donde se descompondrían en muones y neutrinos de muones . [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 (
ν
mi), antineutrinos electrónicos (
ν
mi) y antineutrinos muónicos (
ν
μ). [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 detector dual 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]
Colaboración
La colaboración de 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 .
- Universidad de Boston
- Universidad Nacional de Chonnam
- CEA Saclay (DSM-DAPNIA)
- Universidad Dongshin
- Organización de investigación de aceleradores de alta energía
- Universidad de Hiroshima
- Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos
- Instituto de Investigaciones Nucleares
- Universidad de Kobe
- Universidad de Corea
- Universidad de Kyoto
- Instituto de Tecnología de Massachusetts
- Universidad de Niigata
- Universidad de Okayama
- Universidad Sapienza de Roma
- Universidad Nacional de Seúl
- Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook
- Universidad de Ciencias de Tokio
- Universidad de Tohoku
- Universidad Autónoma de Barcelona / IFAE
- Universidad de California, Irvine
- Universidad de Ginebra
- Universidad de Hawaii
- Universidad de tokio
- Universidad de valencia
- Universidad de Varsovia
- Universidad de Washington
Resultados
Los resultados finales de K2K encontraron que con una confianza del 99,9985% (4,3 σ ) se había producido una desaparición de los neutrinos muónicos. Ajustando los datos bajo la hipótesis de oscilación, el mejor ajuste para el cuadrado de la diferencia de masa entre neutrinos muónicos y neutrinos tau fue Δ m 2 = 2,8 × 10 −3 eV 2 . [4] Este resultado está muy de acuerdo con el resultado anterior de Super-Kamiokande , [8] y el resultado posterior de MINOS . [9]
Ver también
- Experimento T2K : el sucesor del experimento K2K
Referencias
- ^ "Los neutrinos sintéticos parecen desaparecer" . Mensajero del CERN . 40 (7). 18 de agosto de 2000.
- ^ N. Nosengo (2006). "Los neutrinos causan sensación en Italia" . Naturaleza . 443 (7108): 126. Código Bibliográfico : 2006Natur.443..126N . doi : 10.1038 / 443126a . PMID 16971911 .
- ^ a b "Experimento de oscilación de neutrinos de línea de base larga, de KEK a Kamioka (K2K)" . Organización de investigación de aceleradores de alta energía . 13 de junio de 2002 . Consultado el 3 de septiembre de 2010 .
- ^ a b c MH Ahn; et al. ( Colaboración K2K ) (2006). "Medición de la oscilación de neutrinos por el experimento K2K". Physical Review D . 74 (7): 072003. arXiv : hep-ex / 0606032 . Código Bibliográfico : 2006PhRvD..74g2003A . doi : 10.1103 / PhysRevD.74.072003 . S2CID 22053653 .
- ^ "K2K: Detector cercano" . [Grupo Stony Brook Super-Kamiokande / K2K]. 19 de junio de 1999 . Consultado el 3 de septiembre de 2010 .
- ^ "K2K: Introducción" . [Grupo Stony Brook Super-Kamiokande / K2K]. 20 de junio de 1999 . Consultado el 3 de septiembre de 2010 .
- ^ "Institutos miembros de K2K" . Organización de investigación de aceleradores de alta energía . 20 de enero de 2004 . Consultado el 3 de septiembre de 2010 .
- ^ Y. Fukuda; et al. ( Colaboración Super-K ) (1998). "Medidas del flujo de neutrinos solares de los primeros 300 días de Super-Kamiokande". Cartas de revisión física . 81 (6): 1158-1162. arXiv : hep-ex / 9805021 . Código Bibliográfico : 1998PhRvL..81.1158F . doi : 10.1103 / PhysRevLett.81.1158 . S2CID 14217731 . y errata "Errata: mediciones del flujo de neutrinos solares de los primeros 300 días de Super-Kamiokande". Cartas de revisión física . 81 (19): 4279. 1998. Código Bibliográfico : 1998PhRvL..81.4279F . doi : 10.1103 / PhysRevLett.81.4279 .
- ^ DG Michael; et al. ( Colaboración MINOS ) (2006). "Observación de la desaparición de neutrinos muónicos con los detectores MINOS en el haz de neutrinos NuMI". Cartas de revisión física . 97 (19): 191801. arXiv : hep-ex / 0607088 . Código Bibliográfico : 2006PhRvL..97s1801M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.97.191801 . PMID 17155614 . S2CID 119458915 .
enlaces externos
- Sitio web oficial de K2K
- Publicaciones K2K