La búsqueda de oscilación de neutrinos del inyector principal ( MINOS ) fue un experimento de física de partículas diseñado para estudiar los fenómenos de las oscilaciones de neutrinos , descubierto por primera vez por un experimento Super-Kamiokande (Super-K) en 1998. Neutrinos producidos por el NuMI ("Neutrinos en el inyector principal" ) línea de luz en Fermilab cerca de Chicago se observan en dos detectores, uno muy cerca de donde se produce el haz (el detector cerca ), y otro mucho más grande detector 735 kilometros de distancia en el norte de Minnesota (el detector lejano ).
El experimento MINOS comenzó a detectar neutrinos del haz NuMI en febrero de 2005. El 30 de marzo de 2006, la colaboración MINOS anunció que el análisis de los datos iniciales, recopilados en 2005, es consistente con las oscilaciones de neutrinos, con los parámetros de oscilación que son consistentes con Super -K medidas. [1] MINOS recibió los últimos neutrinos de la línea de haz NUMI a la medianoche del 30 de abril de 2012. [2] [3] Se actualizó a MINOS +, que comenzó a tomar datos en 2013. [4] El experimento se cerró el 29 de junio. 2016, y el detector lejano se ha desmontado y retirado. [5]
Detectores
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/8/84/MINOS_service_building_at_Fermilab.jpg/440px-MINOS_service_building_at_Fermilab.jpg)
Hay dos detectores en el experimento.
- El detector cercano es similar en diseño al detector lejano, pero más pequeño en tamaño con una masa de 980 toneladas (t). Está ubicado en Fermilab, a unos cientos de metros del objetivo de grafito con el que interactúan los protones , y aproximadamente a 100 metros bajo tierra. La puesta en servicio del detector cercano se completó en diciembre de 2004 y ahora está en pleno funcionamiento.
- El detector lejano tiene una masa de 5,4 kt . Está ubicado en la mina Soudan en el norte de Minnesota a una profundidad de 716 metros. El detector lejano ha estado en pleno funcionamiento desde el verano de 2003 y ha estado tomando datos de rayos cósmicos y neutrinos atmosféricos desde el principio de su construcción.
Ambos detectores MINOS son de acero - centelleadores muestreo calorímetros hechas de planos de acero magnetizada y alternando plástico centelleadores. El campo magnético hace que la trayectoria de un muón producido en una interacción muón neutrino se doble, lo que permite distinguir las interacciones con neutrinos de aquellas con antineutrinos. Esta característica de los detectores MINOS permite a MINOS buscar violaciones CPT con neutrinos y antineutrinos atmosféricos.
Haz de neutrinos
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/1/14/NuMI_Target_Hall_at_Femilab.jpg/440px-NuMI_Target_Hall_at_Femilab.jpg)
Para producir la línea de luz NuMI , los pulsos de protones del inyector principal de 120 GeV golpean un objetivo de grafito enfriado por agua . Las interacciones resultantes de los protones con el material objetivo producen piones y kaones , que se enfocan mediante un sistema de cuernos magnéticos . Los neutrinos de desintegraciones posteriores de piones y kaones forman el haz de neutrinos . La mayoría de ellos son neutrinos muónicos, con una pequeña contaminación por neutrinos electrónicos . Las interacciones de neutrinos en el detector cercano se utilizan para medir el flujo de neutrinos inicial y el espectro de energía. Debido a que interactúan débilmente y, por lo tanto, generalmente atraviesan la materia, la gran mayoría de los neutrinos viajan a través del detector cercano y los 734 km de roca, luego a través del detector lejano y se dirigen al espacio. En el camino hacia Sudán, aproximadamente el 20% de los neutrinos muónicos oscilan en otros sabores .
Objetivos y resultados de la física
MINOS mide la diferencia en la composición del haz de neutrinos y la distribución de energía en los detectores cercanos y lejanos con el objetivo de producir mediciones de precisión de la diferencia de masa al cuadrado de neutrinos y el ángulo de mezcla . Además, MINOS busca la aparición de neutrinos electrónicos en el detector lejano y medirá o establecerá un límite en la probabilidad de oscilación de neutrinos muónicos en neutrinos electrónicos.
El 29 de julio de 2006, la colaboración MINOS publicó un artículo en el que presentaba las medidas iniciales de los parámetros de oscilación a juzgar por la desaparición de neutrinos muónicos. Estos son: Δ m2
23 = 2,74+0,44
−0,26× 10 −3 eV 2 / c 4 y sen 2 (2 θ 23 )> 0,87 ( límite de confianza del 68% ). [8] [9]
En 2008, MINOS publicó un resultado adicional utilizando más del doble de los datos anteriores (3,36 × 10 20 protones en el objetivo; esto incluye el primer conjunto de datos). Esta es la medida más precisa de Δ m 2 . Los resultados son: Δ m2
23 = 2,43+0,13
−0,13× 10 −3 eV 2 / c 4 y sen 2 (2 θ 23 )> 0,90 ( límite de confianza del 90% ). [10]
En 2011, los resultados anteriores se actualizaron nuevamente, utilizando una muestra de datos de más del doble (exposición de 7.25 × 10 20 protones en el objetivo) y una metodología de análisis mejorada. Los resultados son: Δ m2
23 = 2,32+0,12
−0,08× 10 −3 eV 2 / c 4 y sen 2 (2 θ 23 )> 0,90 (límite de confianza del 90%). [11]
En 2010 y 2011, el MINOS reportó resultados según los cuales existe una diferencia en la desaparición y consecuentemente las masas entre antineutrinos y neutrinos, lo que violaría la simetría CPT . [12] [13] [14] Sin embargo, después de que se evaluaron datos adicionales en 2012, MINOS informó que esta brecha se ha cerrado y ya no hay exceso. [15] [16]
Los resultados de rayos cósmicos del detector de distancia MINOS han demostrado que existe una fuerte correlación entre los rayos cósmicos de alta energía medidos y la temperatura de la estratosfera . Esta es la primera vez que se muestra que las variaciones diarias de los rayos cósmicos secundarios de un detector de muones subterráneo están asociadas con fenómenos meteorológicos a escala planetaria en la estratosfera, como el calentamiento estratosférico repentino [17] y el cambio de estaciones. [18] El detector de distancia MINOS también puede observar una reducción en los rayos cósmicos causados por el Sol y la Luna [19]
Tiempo de vuelo de neutrinos
En 2007, un experimento con los detectores MINOS encontró la velocidad de 3 GeV neutrinos sean1.000 051 (29) c con un nivel de confianza del 68% y con un nivel de confianza del 99% un rango entre0,999 976 c hasta1.000 126 c . El valor central fue más alto que la velocidad de la luz; sin embargo, la incertidumbre fue lo suficientemente grande como para que el resultado tampoco descartara velocidades menores o iguales a la luz en este alto nivel de confianza. [20] [21]
Después de que los detectores del proyecto se actualizaron en 2012, MINOS corrigió su resultado inicial y encontró concordancia con la velocidad de la luz, con una diferencia en los tiempos de llegada de −0,0006% (± 0,0012%) entre neutrinos y luz. Se realizarán más mediciones. [22]
Referencias
- ^ "El experimento MINOS arroja luz sobre el misterio de la desaparición de los neutrinos" (Comunicado de prensa). 30 de marzo de 2006. Archivado desde el original el 19 de septiembre de 2007 . Consultado el 3 de agosto de 2009 .
- ^ "MINOS Run Period Run Subrun Ranges (MRPRSR)" . Consultado el 4 de noviembre de 2012 .
- ^ de Jong, Jeffrey (12 de septiembre de 2012). " Resultados MINOS ' finales'" (PDF) . Consultado el 13 de diciembre de 2012 .
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- ^ Olmstead, Molly (1 de agosto de 2016). "Fermilab se despide con cariño de MINOS" . Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi . Consultado el 16 de mayo de 2017 .
- ^ Basu, Paroma (30 de marzo de 2006). "Los físicos dicen que el experimento de varios millones de dólares avanza sin problemas" . Wisconsin en línea . Consultado el 14 de agosto de 2015 .
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Ese grupo encontró, aunque con menos precisión, que las velocidades de los neutrinos eran consistentes con la velocidad de la luz.
- ^ "MINOS informa de una nueva medición de la velocidad de los neutrinos" . Fermilab hoy. 8 de junio de 2012 . Consultado el 8 de junio de 2012 .
Coordenadas : 47 ° 49′12 ″ N 92 ° 14′30 ″ W / 47,82000 ° N 92,24167 ° W / 47,82000; -92.24167
enlaces externos
- NuMI y MINOS