T2K實驗
T2K意思為東海（Tokai）到神岡（Kamioka），是日本一個粒子物理學實驗，這是國際合作項目，包括日本，加拿大，法國，德國，意大利，韓國，波蘭，俄羅斯，西班牙，瑞士，美國和英國。 這是K2K實驗的第二代，另一個相似的長基線中微子振盪實驗。
J-PARC設施製造高密度的離軸μ介子中微子束。該粒子束指向295公里外的超級神岡探測器。T2K的主要目標是測量ν
μ 到 ν
e 的振盪和 θ13的測量值，它是龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣(PMNS矩陣)的一個參數。
2011年6月15日，T2K合作組織宣觀察到六個電子中微子的事例[1] ，相比於基底1.5、顯著性為2.5個標準差。[2]
2013年7月19日，在斯德哥爾摩的歐洲物理學會的一次會議上，國際T2K合作組織宣布一個顯著的μ子中微子到電子中微子的轉變。[3]
物理學目標
編輯T2K實驗的目標是對中微子的振盪的參數有一個更完善的了解。 過去的中微子實驗觀察到過μ子中微子在一束射流中消失，並振盪為τ子中微子，但一直到2013年7月19日都沒有沒有觀察到從μ子中微子到電子中微子的振盪。原因是控制這個衰變事例概率的混合角 θ13非常的小。T2K是測量電子中微子和μ子中微子性質的第一次試驗。T2K的ND280探測器會探測水上的中微子相互作用截面。其他的中微子混合參數Δm2 23 和 θ23 的精確測量是本實驗的另一個目的。T2K的未來的升級可能會通過比較中微子和反中微子的振盪來測量CP破壞δ相。
中微子的產生
編輯J-PARC
編輯
J-PARC設施有一個比KEK的K2K實驗更強的加速器。主要的同步加速器最終能將質子加速到50 GeV/c。質子與目標材料撞擊主要會產生的正π介子，而它主要會衰變成反μ子和μ子中微子。射流能量預計為0.75 MW，能產生比K2K多110倍的中微子事例。
離軸
編輯J-PARC被設計成距離超級神岡探測器有2°到3°。這降低到達探測器的中微子通量，但它提供了一個更理想的中微子能量譜。 離軸能量峰值在能量更高的時候被抑制。 在東海和岡之間，最強的中微子的振盪能量預期低於1GeV。
近檢測器
編輯
280米近探測器(ND280)與石墨靶之間是取自UA1實驗的磁鐵包圍的跟蹤系統內的分段探測器。ND280能夠測量的中微子束的能量譜、通量、味的內容以及在中微子振盪之前的相互交叉部分。 探測器位於靶的離軸方向280米外。
時間投影室
編輯三個時間投影室(TPCs)將能夠測量探測器內由帶電流產生的μ子的動量，這些信息會產生的中微子的能量譜。TPCs也可用於粒子的識別。
細粒度探測器
編輯兩個細粒度探測器(FGDs)被放在第一個第二個TPCs里。 FGDs和TPCs一起構成了ND280的探測部分。FGDs為中微子交互提供的活躍的靶質量並能夠測量質子反衝的短軌道。
第一FGD由30層192段閃爍體組成，交替其中的是垂直和水平的層，而第二個FGD是由14個交替層分段的閃爍體和6個水模組組成。 每個閃爍體在中心有一個洞，包含一個波長轉換纖維來收集來自閃爍體的光並且在MPPC的一端被讀出。纖維鏡像的另一端對映着鋁，以便增加整體到達MPPC的光通量。鏡像一段還有一個LED光注入系統，用以校準和測試纖維的完整性。 第二FGD部分由水組成，因為超級神岡的探測器是以水為基礎的。這水被維持在大氣壓強之下 ，以確保在漏氣的情況下氣體會被吸入而不是水在FGD內會溢出。 碳和水上的截面可以從中微子和兩個FGD的相互作用的比較中得出。
π0探測器
編輯π0探測器(π0
)是由幾層三角形閃爍體和用來傳輸光的嵌入的波長轉換光纖。成千上萬的光電倍增管(MPPC)被用於接收光子計數同步以檢測的粒子事件。這些粒子事例與質子束出射計時相關並用幾何學和光子計數的密度數據來重建。P0D被用來衡量中性流相互作用中產生的中性π介子。跟蹤器和π0探測器被電磁量能器和μ子探測器包圍。 探測π0是重要的，因為它們是在超級神岡探測中微子的主要本底。
側μ子範圍探測器
編輯側μ子範圍探測器(SMRD)由在間隙中插入磁鐵的閃爍體組成。SMRD記錄與束流方向大角度從探測器內部逃逸的μ子。 它也可以作為宇宙線的觸發器。它也可幫助識別在壁上的和磁鐵本身的束流的相互作用。
電磁量能器
編輯電磁量能器(ECAL)包裹了內部探測器(P0D,TPC,FGD)，由閃爍體，閃爍體層與層間吸收用的鉛箔組成。ECAL有13個模組：1個最後的TPC的下游，6個周圍的P0D和六6個圍的跟蹤器。
數據採集
編輯檢測器附近的T2K的數據收集的實施是由英國、加拿大和西班牙的合作者在MIDAS上完成的。
超級神岡
編輯超級神岡探測器即便在粒子物理學標準下一個也是一個巨大的儀器。 它包括50,000噸純水，周圍有11,200個光電倍增管。探測器是一個41.4米高和直徑39.3米的圓柱形容器。內部探測器之外是更複雜的外探測器，用來區分宇宙線中的μ子和探測器內衰變事例產生等μ子。
超級神岡在1996年開始收集數據並已經有了幾個重要的測量成果，包括精確測量太陽中微子通量，彈性散射相互作用，中微子振盪的強有力的證據和質子衰減的更嚴格的證據。
計算
編輯合作組在調查實驗所需的網格計算資源提供的計算能力。 這是受大型強子對撞機實驗上大型強子對撞機的網格計算(wLCG)的成功所啟發。 T2K.org的虛擬組織已經從France Grilles，GridPP和IberGrid獲得資源。[4]
參見
編輯標註
編輯- ^ Particle Chameleon Caught in the act of Changing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, CERN press release
- ^ T2K Collaboration; Abe, K.; Abgrall, N.; Ajima, Y.; Aihara, H.; Albert, J. B.; Andreopoulos, C.; Andrieu, B.; Aoki, S. Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-produced Off-axis Muon Neutrino Beam. Physical Review Letters. 2011, 107 (4): 041801. Bibcode:2011PhRvL.107d1801A. PMID 21866992. arXiv:1106.2822
. doi:10.1103/PhysRevLett.107.041801.
- ^ New results from T2K conclusively show muon neutrinos transform to electron neutrinos. [2018-04-15]. （原始內容存檔於2017-06-20）.
- ^ http://www3.egee.cesga.es/accounting/egee_view.php?type=vodis&query=vo%3Dt2k.org[永久失效連結] Retrieved 2011-12-09.
參考文獻
編輯- Yuichi Oyama. Results from K2K and status of T2K. Nuclear Science and Safety in Europe. NATO Security through Science Series. 2006, 2006: 113–124. ISBN 978-1-4020-4964-4. arXiv:hep-ex/0512041 . doi:10.1007/978-1-4020-4965-1_9.
- T2K Collaboration; Abgrall, N.; Aihara, H.; Ajima, Y.; Albert, J. B.; Allan, D.; Amaudruz, P. -A.; Andreopoulos, C.; Andrieu, B.; Anerella, M. D.; Angelsen, C.; Aoki, S.; Araoka, O.; Argyriades, J.; Ariga, A.; Ariga, T.; Assylbekov, S.; de André, J. P. A. M.; Autiero, D.; Badertscher, A.; Ballester, O.; Barbi, M.; Barker, G. J.; Baron, P.; Barr, G.; Bartoszek, L.; Batkiewicz, M.; Bay, F.; Bentham, S.; Berardi, V. The T2K Experiment. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2011, 659: 106. Bibcode:2011NIMPA.659..106T. arXiv:1106.1238 . doi:10.1016/j.nima.2011.06.067.