DONUT - DONUT

Schematische Übersicht über den DONUT-Detektor

DONUT ( Direkte Beobachtung des Nu Tau , E872) war ein Experiment bei Fermilab , das der Suche nach Tau-Neutrino- Wechselwirkungen gewidmet war. Der Detektor war im Sommer 1997 einige Monate in Betrieb und konnte das Tau-Neutrino erfolgreich nachweisen. Es bestätigte die Existenz des letzten vom Standardmodell vorhergesagten Leptons . Die Daten aus dem Experiment wurden auch verwendet, um eine Obergrenze für das magnetische Moment des Tau-Neutrinos festzulegen und seinen Wechselwirkungsquerschnitt zu messen .

Prinzip

In DONUT wurden vom Tevatron beschleunigte Protonen verwendet, um Tau-Neutrinos durch Zerfall verzauberter Mesonen herzustellen . Nachdem so viele unerwünschte Hintergrundpartikel wie möglich durch ein System aus Magneten und Schüttgütern (hauptsächlich Eisen und Beton) entfernt worden waren, durchlief der Strahl mehrere Schichten einer Kernemulsion . In sehr seltenen Fällen interagierte eines der Neutrinos im Detektor und erzeugte elektrisch geladene Teilchen, die sichtbare Spuren in der Emulsion hinterließen und durch ein System von Szintillatoren und Driftkammern elektronisch registriert werden konnten .

Mithilfe der elektronischen Informationen wurden mögliche Neutrino-Wechselwirkungen identifiziert und zur weiteren Analyse ausgewählt. Dies bedeutete, die Emulsionsfolien fotografisch zu entwickeln, so dass alle Spuren, die von durch sie hindurchtretenden Partikeln hinterlassen wurden, als kleiner schwarzer Punkt erscheinen würden. Durch Verbinden dieser Punkte über nachfolgende Blätter wurde der Weg, den jedes Teilchen genommen hatte, rekonstruiert und wahrscheinliche Neutrino-Wechselwirkungen identifiziert. Die charakteristischen Eigenschaften von Neutrino-Wechselwirkungen waren, dass plötzlich mehrere Spuren auftraten, ohne dass sie zu ihnen führten. Das Tau-Neutrino wurde durch eine dieser Spuren identifiziert, die nach einigen Millimetern einen "Knick" zeigten, was auf den Zerfall eines Tau-Leptons hinweist .

Ergebnis

Im Juli 2000 kündigte die DONUT-Kollaboration die erste Beobachtung von Tau-Neutrino-Wechselwirkungen an. Dieses Ergebnis basierte auf nur vier Ereignissen, aber das Signal lag weit über dem erwarteten Hintergrund (0,34 ± 0,05 Ereignisse) und hat einen p- Wert von 4 × 10 –4 , etwa 3,5 Sigma. Dies fällt unter den normalen Beweisstandard, wurde jedoch allgemein akzeptiert, da erwartet wurde, dass das Partikel dort ist. Der Abschlussbericht von 2008 identifiziert 9 Tau-Neutrino-Ereignisse aus einer Gesamtstichprobe von 578 Neutrino-Ereignissen. Seine Bedeutung liegt in der Tatsache, dass das Tau-Neutrino bislang das einzige Teilchen des Standardmodells geblieben war , das mit Ausnahme des Higgs-Bosons nicht direkt beobachtet worden war .

Neben dem Ergebnis selbst ermöglichte DONUT auch die Validierung neuer Techniken zur Detektion von hochenergetischen Neutrinos, insbesondere der Emulsionswolkenkammer , in der Kernemulsionsschichten mit Eisenschichten durchsetzt sind, was zu einer Zunahme der Anzahl von Wechselwirkungen führt.

Siehe auch

Verweise

Externe Links