Beschleuniger-Neutrino - Accelerator neutrino

Ein Beschleuniger neutrino ist ein menschliches generierte neutrino oder Antineutrino erhielt unter Verwendung von Teilchenbeschleunigern , in dem Strahl von Protonen beschleunigt und mit einem festen Ziel, die Herstellung von kollidierten -Mesonen (hauptsächlich Pionen ) , die dann Zerfall in Neutrinos . Abhängig von der Energie der beschleunigten Protonen und ob Mesonen im Flug oder in Ruhe zerfallen, können Neutrinos unterschiedlicher Geschmacksrichtung , Energie und Winkelverteilung erzeugt werden. Beschleuniger-Neutrinos werden verwendet, um Neutrino-Wechselwirkungen und Neutrino-Oszillationen zu untersuchen, wobei die hohe Intensität von Neutrinostrahlen sowie die Möglichkeit zur Kontrolle und zum Verständnis ihres Typs und ihrer kinematischen Eigenschaften in einem viel größeren Ausmaß als bei Neutrinos aus anderen Quellen genutzt werden .

Erzeugung von Myon-Neutrino-Strahlen

Der Prozess der Myon- Neutrino- oder Myon-Antineutrino-Strahlerzeugung besteht aus folgenden Schritten:

  • Beschleunigung eines primären Protonenstrahls in einem Teilchenbeschleuniger .
  • Kollision eines Protonenstrahls mit einem festen Ziel. Bei einer solchen Kollision werden Sekundärteilchen, hauptsächlich Pionen und Kaonen , erzeugt.
  • Fokussierung der Sekundärteilchen mit einer ausgewählten Ladung durch einen Satz magnetischer Hörner : positiv, um den Myon-Neutrino-Strahl zu erzeugen, negativ, um den Myon-Anti-Neutrino-Strahl zu erzeugen.
  • Zerfall der Sekundärteilchen im Flug in einem langen (in der Größenordnung von Hunderten Metern) Zerfallstunnel. Geladene Pionen zerfallen zu mehr als 99,98% in ein Myon und das entsprechende Neutrino nach dem Prinzip der Erhaltung der elektrischen Ladung und der Leptonenzahl :

π+
 →
μ+
 +
ν
μ ,   
π−
 →
μ−
 +
ν
μ

Es ist normalerweise beabsichtigt, einen reinen Strahl zu haben, der nur eine Art von Neutrino enthält: entweder
ν
μ oder
ν
μ. Daher wird die Länge des Zerfallstunnels optimiert, um die Anzahl der Pionenzerfälle zu maximieren und gleichzeitig die Anzahl der Myonzerfälle zu minimieren , in denen unerwünschte Neutrinostypen produziert werden:


μ+
 →
e+
 +
ν
μ +
ν
e ,   
μ−
 →
e−
 +
ν
μ +
ν
e

Bei den meisten Kaonzerfällen werden die entsprechenden Neutrinos (Myon-Neutrinos für positive Kaonen und Myon-Antineutrinos für negative Kaonen) produziert:


K+
 →
μ+
 +
ν
μ ,   
K−
 →
μ−
 +
ν
μ , (63,56% der Zerfälle),

K+
 →
μ+
 +
ν
μ +
π0
 ,   
K−
 →
μ−
 +
ν
μ +
π0
 , (3,35% der Zerfälle),

jedoch in Elektron-(Anti-)Neutrinos zerfällt, ist auch ein bedeutender Anteil:


K+
 →
e+
 +
ν
e +
π0
 ,   
K−
 →
e−
 +
ν
e +
π0
 , (5,07 % der Zerfälle).
  • Absorption der verbleibenden Hadronen und geladenen Leptonen in einem Beam Dump (meist ein Graphitblock ) und im Boden. Gleichzeitig wandern Neutrinos ungehindert weiter, schließen sich der Richtung ihrer Elternteilchen an.

Kinematische Eigenschaften des Neutrinostrahls

Neutrinos haben keine elektrische Ladung , können also nicht mit elektrischen und magnetischen Feldern fokussiert oder beschleunigt werden , und daher ist es nicht möglich, einen parallelen, monoenergetischen Neutrinosstrahl zu erzeugen, wie es bei Strahlen geladener Teilchen in Beschleunigern der Fall ist. Bis zu einem gewissen Grad ist es möglich, die Richtung und Energie von Neutrinos zu kontrollieren, indem man die Energie des primären Protonenstrahls richtig wählt und sekundäre Pionen und Kaonen fokussiert, da die Neutrinos einen Teil ihrer kinetischen Energie übernehmen und sich in eine Richtung nahe der Eltern bewegen Partikel.

Strahl außerhalb der Achse

Eine Methode, die es erlaubt, die Energieverteilung der erzeugten Neutrinos weiter einzuengen, ist die Verwendung des sogenannten Off-Axis-Beams. Der Beschleuniger-Neutrinostrahl ist ein breiter Strahl, der keine klaren Grenzen hat, weil sich die Neutrinos darin nicht parallel bewegen, sondern eine bestimmte Winkelverteilung haben. Je weiter jedoch von der Achse (Mitte) des Strahls entfernt ist, desto geringer ist die Anzahl der Neutrinos, aber auch die Verteilung der Energieänderungen. Das Energiespektrum wird schmaler und sein Maximum verschiebt sich zu niedrigeren Energien. Der Off-Axis-Winkel und damit das Neutrino-Energiespektrum kann optimiert werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Neutrino-Oszillation zu maximieren oder den Energiebereich auszuwählen, in dem die gewünschte Art der Neutrino-Wechselwirkung dominant ist.

Das erste Experiment, bei dem der außeraxiale Neutrinostrahl verwendet wurde, war das T2K-Experiment

Neutrinostrahlen in Physikexperimenten

Nachfolgend finden Sie die Liste der Myonen-(Anti-)Neutrino-Strahlen, die in früheren oder aktuellen Physikexperimenten verwendet wurden:

Anmerkungen

Weiterlesen

Externe Links