Введение

Нейтринная фабрика – это тип предлагаемого комплекса ускорителей частиц, предназначенный для детального изучения свойств нейтрино – чрезвычайно слабо взаимодействующих фундаментальных частиц, способных проходить сквозь обычное вещество по прямой линии на тысячи километров. Источником нейтрино будет распад ускоренных мюонов в прямых участках накопительного кольца. Технические проблемы, возникающие при реализации этих проектов, во многом схожи с проблемами, связанными с мюонным коллайдером.

Функция

Нейтрино-фабрика создаст достаточно сфокусированный пучок нейтрино в одной точке на Земле и направит его вниз, вероятно, в виде двух пучков, испускаемых в разных направлениях из подземного кольца хранения мюонов, имеющего форму гоночной трассы, пока пучки не достигнут других точек на поверхности. Одним из примеров может служить комплекс в Великобритании, направляющий пучки в Японию (к Super Kamiokande) и Италию (LNGS). Свойства нейтрино будут изучаться в удаленных точках, чтобы определить, как они изменяются со временем. Это позволит получить информацию об их массах и свойствах слабого взаимодействия. В настоящее время проект находится на стадии концептуального проектирования. В 2007 году было завершено международное "Scoping Study", после чего международное сообщество приступило к написанию проектного отчета, который послужил основой для различных последующих экспериментальных концепций. Для экспериментов такого типа разрабатываются многие новые технологии, включая использование струй жидкого металла в качестве мишени для производства пионов, которые испытываются, использование FFAG-ускорителей (ускорителей с переменным градиентом фиксированного поля), испытываемых в эксперименте EMMA, и резонаторов для снижения энергии пучка жидкого водорода, предназначенных для уменьшения расходимости муонного пучка на промежуточных этапах.

Научные цели

До 1990-х годов считалось, что нейтрино не имеют массы, но экспериментальные результаты, полученные при поиске солнечных нейтрино (образующихся в ядре Солнца) и других, противоречат этому предположению и указывают на то, что нейтрино обладает очень малой массой (см. Проблема солнечных нейтрино). Создавая интенсивный пучок мюонных и электронных нейтрино, эти ускорители позволят добиться существенного прогресса в изучении нейтрино и их взаимодействий. В частности, можно выделить следующие научные задачи:

Высокоточные исследования параметров осцилляций нейтрино (особенно связанных с электронными нейтрино). Поиск взаимодействий нейтрино, выходящих за рамки предсказаний Стандартной модели физики частиц. Поиск стерильных нейтрино и легкой темной материи.

Международное исследование дизайна

Международное проектное исследование ставит целью представить проектный отчет для Нейтрино-фабрики, содержащий подробную информацию о физической производительности, сроках реализации и стоимости к 2012 году. В рамках исследования будут объединены вклады из всех регионов в единый отчет о референсном проекте.

Фабрика нейтрино Великобритании

В Великобритании существует группа "Фабрика нейтрино".

Программа муонового ускорителя США

В 2010 году Программа Муонного ускорителя (MAP) объединила исследовательскую поддержку Министерства энергетики США для муонных коллайдеров и фабрик нейтрино. (Оба проекта связаны с производством мюонов и удержанием их в накопительном кольце, поэтому между ними было много общего.) Проект муонного коллайдера еще более амбициозен, чем фабрика нейтрино. В муонном коллайдере мюоны будут направлены в кольцо коллайдера с очень высокой энергией, чтобы достичь большей плотности энергии, чем даже Большой адронный коллайдер (LHC) (первые столкновения произошли в 2010 году) или, возможно, эксперименты, проводимые в рамках сотрудничества по линейному коллайдеру (LCC) (конструкция не завершена по состоянию на 2019 год).

Европейская группа по нейтрино

ЦЕРН провел проектное исследование несколько лет назад, до того как основные усилия были перенаправлены на Большой адронный коллайдер. Деятельность в Европе продолжается, включая участие в международных экспериментах и сотрудничестве, а также проведение встреч.

Японский дизайн

Это основано на необычном типе ускорителя, называемом ускорителем с фиксированным полем и переменным градиентом (FFAG), который сочетает в себе элементы циклотронов 1950-х годов с современными автоматизированными процессами проектирования магнитов и новыми радиочастотными разрывными зазорами из магнитных сплавов. Главное преимущество таких ускорителей заключается в том, что магнитные поля фиксированы и не требуют синхронизации с пучком, однако пучок естественным образом перемещается в области с более высоким полем по мере увеличения его энергии, что позволяет осуществлять очень быстрое ускорение без сложностей, возникающих в быстроциклических синхротронах.