Эксперимент MiniBooNE: Подтверждение осцилляций нейтрино и намек на стерильные нейтрино.
MiniBooNE
Эксперимент MiniBooNE на Fermilab изучает колебания нейтрино, подтверждая их массу и результаты LSND. Детектор с минеральным маслом и фотоумножителями.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Нейтринный физический эксперимент
Neutrino physics experiment
MiniBooNE — это эксперимент с детектором Черенкова в Фермилабе, разработанный для наблюдения за нейтринными осцилляциями (BooNE — это акроним от Booster Neutrino Experiment). Пучок нейтрино, состоящий преимущественно из мюонных нейтрино, направлен на детектор, заполненный 800 тоннами минерального масла (ультраочищенные соединения метилена) и оснащенный 1280 фотоэлектронными умножителями. Избыток событий, вызванных электронными нейтрино, в детекторе подтвердил бы интерпретацию нейтринных осцилляций, полученную в эксперименте LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector). MiniBooNE начал сбор данных в 2002 году и продолжал работу до 2017 года.
MiniBooNE is a Cherenkov detector experiment at Fermilab designed to observe neutrino oscillations (BooNE is an acronym for the Booster Neutrino Experiment). A neutrino beam consisting primarily of muon neutrinos is directed at a detector filled with 800 tons of mineral oil (ultrarefined methylene compounds) and lined with 1,280 photomultiplier tubes. An excess of electron neutrino events in the detector would support the neutrino oscillation interpretation of the LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) result. MiniBooNE started collecting data in 2002 and was still running in 2017.
История и мотивация
Экспериментальные наблюдения солнечных и атмосферных нейтрино предоставили доказательства осцилляций нейтрино, что подразумевает, что нейтрино обладают массой. Данные, полученные в эксперименте LSND в Лос-Аламосской национальной лаборатории, вызывают споры, поскольку они не согласуются с параметрами осцилляций, измеренными другими нейтринными экспериментами в рамках Стандартной модели. Либо требуется расширение Стандартной модели, либо один из экспериментальных результатов требует иного объяснения. Более того, эксперимент KARMEN, проведенный в Карлсруэ, исследовал область [низких энергий], аналогичную эксперименту LSND, но не обнаружил признаков осцилляций нейтрино. Этот эксперимент был менее чувствительным, чем LSND, и оба результата могут быть верными. Космологические данные могут предоставить косвенную, но в значительной степени зависящую от модели оценку массы стерильных нейтрино, например, ms < 0,26 (0,44) при 95% (99,9%) уровне доверия, полученную Доделсоном и соавторами. Однако космологические данные могут быть согласованы с моделями, основанными на различных предположениях, как, например, в работах Gelmini и соавторов. MiniBooNE был разработан для однозначного подтверждения или опровержения спорного результата LSND в контролируемых условиях.
Experimental observation of solar neutrinos and atmospheric neutrinos provided evidence for neutrino oscillations, implying that neutrinos have masses. Data from the LSND experiment at Los Alamos National Laboratory are controversial since they are not compatible with the oscillation parameters measured by other neutrino experiments in the framework of the Standard Model. Either there must be an extension to the Standard Model, or one of the experimental results must have a different explanation. Moreover, the KARMEN experiment in Karlsruhe examined a [low energy] region similar to the LSND experiment, but saw no indications of neutrino oscillations. This experiment was less sensitive than LSND, and both could be right. Cosmological data can provide an indirect but rather model dependent bound to the mass of sterile neutrinos, such as the ms < 0.26 (0.44) at 95% (99.9%) confidence limit given by Dodelson et al. However, cosmological data can be accommodated within models with different assumptions, such as that by Gelmini et al. MiniBooNE was designed to unambiguously verify or refute the LSND controversial result in a controlled environment.
2007 год
После включения пучка в 2002 году первые результаты поступили в конце марта 2007 года и не выявили свидетельств колебаний мюонных нейтрино в электронные нейтрино в области, исследуемой LSND [низкоэнергетической], опровергая простую интерпретацию результатов LSND как колебаний двух нейтрино. В настоящее время коллаборация MiniBooNE проводит более детальный анализ данных; предварительные результаты указывают на возможность существования стерильного нейтрино, эффект, который некоторые физики рассматривают как указание на существование дополнительных измерений или нарушение лоренц-инвариантности.
After the beam was turned on in 2002, the first results came in late March 2007, and showed no evidence for muon neutrino to electron neutrino oscillations in the LSND [low energy] region, refuting a simple 2 neutrino oscillation interpretation of the LSND results. More advanced analyses of their data are currently being undertaken by the MiniBooNE collaboration; early indications are pointing towards the existence of the sterile neutrino, an effect interpreted by some physicists to be hinting of the existence of the bulk or Lorentz violation.
2008 год
В рамках сотрудничества MiniBooNE с другими учеными был разработан новый эксперимент под названием MicroBooNE для дальнейшего исследования стерильных нейтрино.
A collaboration of MiniBooNE with other scientists a new experiment, called MicroBooNE, was designed to further investigate sterile neutrinos.
2018 год
В исследовании, опубликованном на arXiv, коллаборация объявила о подтверждении обнаружения колебаний нейтрино в MiniBooNE с уровнем значимости 4,8 сигма, а при объединении с данными LSND – 6,1 сигма. Это указывает на возможное обнаружение стерильных нейтрино и существенное отклонение от известных физических теорий. Результаты статьи свидетельствуют о том, что часть мюонных нейтрино превращается в стерильные, а затем снова в электронные нейтрино.
With a study published on arXiv, the collaboration announced that the finding of neutrino oscillations at MiniBooNE are confirmed at a 4.8 sigma level and, when combined with data at LSND, at a 6.1 sigma level. This hints at the detection of sterile neutrinos and a significant deviation from known physics. The implication of the paper is that some of the muon neutrinos are flipping to sterile neutrinos before switching identity again to electron neutrinos.