Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Fizyka neutrin – wykład 3 Agnieszka Zalewska 9.03.2005 Własności neutrin – najważniejsze pomiary: Pierwsza obserwacja oddziaływań (anty)neutrin Niezachowanie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Fizyka neutrin – wykład 3 Agnieszka Zalewska 9.03.2005 Własności neutrin – najważniejsze pomiary: Pierwsza obserwacja oddziaływań (anty)neutrin Niezachowanie."— Zapis prezentacji:

1 Fizyka neutrin – wykład 3 Agnieszka Zalewska Własności neutrin – najważniejsze pomiary: Pierwsza obserwacja oddziaływań (anty)neutrin Niezachowanie parzystości P w słabych oddziaływaniach Pomiar skrętności neutrin Liczba zapachów neutrin – odkrycie i Odkrycie prądów neutralnych Pomiar sin 2 W

2 2 A.Zalewska, wykład 2, Zrobiłem straszną rzecz. Zaproponowałem cząstkę, która nie może być wykryta. To jest coś, czego teoretyk nie powinien nigdy robić Wolfgang Pauli Ostatecznie Pauli postanowił dać szansę doświadczalnikom i obiecał skrzynkę szampana temu, kto pierwszy zaobserwuje oddziaływania neutrin 25 lat później...

3 3 A.Zalewska, wykład 2, Prawdopodobieństwo oddziaływania neutrin Radioaktywny jądrowy rozpad : n p + e - + e ma typowo czas rozpadu ok. 15 minut i daje antyneutrino o energii około 1 MeV Odwrotnie, jeśli zachodzi absorpcja neutrina: e + n p + e - w ciągu 15 minut neutrino, poruszając się z prędkością światła, przeszłoby km, jeśli by przechodziło przez materię tak gęstą jak jądra atomowe. Atomy zwykłej materii są około razy większe niż ich jądra. Wobec tego na jednostkę powierzchni neutrino znajduje (10000) 2 razy mniej neutronów. Aby zostać zaabsorbowane, musi więc przebyć drogę km... Czyli Wszechświat jest praktycznie przeźroczysty dla neutrina

4 4 A.Zalewska, wykład 2, Skrajny sposób na obejście trudności Reines and Cowan, 1946 Projekt prowadzenia eksperymentu podczas próby wybuchu jądrowego

5 5 A.Zalewska, wykład 2, Pierwsza obserwacja oddziaływań e Eksperyment Reinesa-Cowana 1953 – pomiary przy siłowni jądrowej Hanford – niekonkluzywne 1955 – poprawiony eksperyment przy siłowni w Savanah River, dwa 200- litrowe baniaki wypełnione wodą z dodatkiem CdCl 2 między warstwami scyntylatora z odczytem sygnału przez fotopowielacze, detektor umieszczony 12m pod ziemią w odległości 11m od reaktora, dającego strumień antyneutrin/cm 2 s Sygnatura: dwa fotony w przeciwnych kierunkach w opóźnionej koincydencji (kilka s) z fotonami z wychwytu n

6 6 A.Zalewska, wykład 2, Reines i Cowan twierdzili, że nigdy nie dostali ani odpowiedzi na ten telegram, ani obiecanej skrzynki szampana... Pauli twierdził, że je wysłał... Po śmierci Pauliego jego asystent znalazł wśród papierów niewysłany list gratulacyjny...

7 7 A.Zalewska, wykład 2, Reactor e Detection in Liquid Scintillator ~210 s A.Suzuki at Neutrino telescopes 2003

8 8 A.Zalewska, wykład 2, Parzystość P From Gomez-Cadenas, CERN, 2004

9 9 A.Zalewska, wykład 2, Łamanie parzystości P w słabych oddziaływaniach Intrygujący fakt doświadczalny – obserwacja rozpadów mezonów K + na 2 i na 3 (układy o przeciwnych parzystościach) 1956 – Lee i Yang stwierdzają, że w słabych oddziaływaniach parzystość nie jest zachowywana

10 10 A.Zalewska, wykład 2, Eksperyment pani Wu Koncepcja: pomiar elektronów z rozpadu 60 Co 60 Ni + e - + w polu magnetycznym, w temepraturze 0.01K. Spiny jąder 60 Co ustawiają się wzdłuż kierunku pola magnetycznego. Przy zachowaniu parzystości P intensywność elektronów emitowanych zgodnie i przeciwnie do kierunku pola magnetycznego powinna być taka sama Pomiar wykazał asymetrię rozkładu elektronów – więcej było rejestrowanych w kierunku przeciwnym do spinów jąder 60 Co

11 11 A.Zalewska, wykład 2, Wyznaczenie skrętności neutrina Eksperyment Goldhabera, Grodzinskiego, Sunyara Skrętność to rzut spinu na kierunek pędu – dobra liczba kwantowa dla cząstek bezmasowych, dla innych h= v/c Rysunki wg Perkinsa

12 12 A.Zalewska, wykład 2, Eksperyment Goldhabera – c.d Eksperyment Goldhabera, Grodzinskiego, Sunyara Skrętności neutrina i jądra są jednakowe Skrętności fotonu lecącego do przodu i neutrina są jednakowe

13 13 A.Zalewska, wykład 2, Eksperyment Goldhabera – c.d. Fotony przechodzą przez żelazo znajdujące się w polu magnetycznym, a więc o spolaryzowanych elektronach Oddziałują silniej z elektronami o spinie antyrównoległym do kierunku swojego spinu

14 14 A.Zalewska, wykład 2, Odkrycie neutrina mionowego ν μ Intrygujący fakt braku pewnych rozpadów, np. e+, 3e czyżby z mionem związane było jego neutrino, inne niż elektronowe? Rok eksperyment przy akceleratorze w Brookhaven: Wiązka protonów z akceleratora zderzana była z tarczą, w wyniku czego powstawały cząstki wtórne – głównie mezony Piony rozpadały się na miony i neutrina. Miony zatrzymywane były przez absorbent na ich drodze, a neutrina kierowane były do detektora, zbudowanego z absorbenta i komór iskrowych.

15 15 A.Zalewska, wykład 2, Odkrycie neutrina mionowego ν μ Rok Nagroda Nobla dla L.Ledermana, J.Steinbergera i M.Schwartza za odkrycie oddziaływań ν μ Idea eksperymentu – należy zbadać oddziaływania neutrin z rozpadów. Jeśli w ich wyniku powstawać będą miony, tzn. że neutrino towarzyszące mionowi w rozpadzie pionu jest inne niż neutrino towarzyszące elektronowi w rozpadzie Wynik: na 40 zarejestrowanych oddziaływań zaobserwowano 34 miony i 6 elektronów (zgodnie z oszacowaniem tła)

16 16 A.Zalewska, wykład 2, ν τ – całkiem długa historia 1975 odkrycie leptonu τ na akceleratorze SPEAR; bardzo naturalne założenie o istnieniu odpowiadającego mu neutrina ν τ 1986 E531 stwierdza brak sprzężeń ν e, ν μ do leptonu τ lata badania rozpadów leptonu τ: CLEO, ARGUS, eksperymenty przy akceleratorze LEP 1989 LEP stwierdza istnienie trzech lekkich neutrin 1998 SuperKamiodande wskazuje na oscylacje ν μ ν τ 2000 DONUT: pierwsza bezpośrednia obserwacja oddziaływań ν τ

17 17 A.Zalewska, wykład 2, Odkrycie leptonu τ M.Perl i in. - poszukiwanie takich przypadków oddziaływań e+e-, gdzie w stanie końcowym był tylko mion i elektron o przeciwnych ładunkach Interpretacja: Nagroda Nobla dla M.Perla za odkrycie τ i dla F.Reinesa za pierwszą obserwację oddziaływań ν e

18 18 A.Zalewska, wykład 2, Rozpady leptonu τ Wyniki eksperymentów ARGUS, CLEO i czterech eksperymentów przy akceleratorze LEP:

19 19 A.Zalewska, wykład 2, Masa i czas życia leptonu τ Masa ν τ 5 cząstek naładowanych) w eksperymentach przy akceleratorze LEP Czas życia τ τ = (290.6±1.1)x s cτ τ = mikronów - główny wkład od eksperymentów przy akceleratorze LEP

20 20 A.Zalewska, wykład 2, Eksperyment DONUT CEL: bezpośrednia obserwacja oddziaływań typu CC (charged current) neutrina taonowego POPRZEZ: lokalizację i identyfikację rozpadów leptonu τ w detektorze wyposażonym w tarczę z emulsji jądrowej i spektrometr elektroniczny

21 21 A.Zalewska, wykład 2, Eksperyment DONUT wiązka neutrin

22 22 A.Zalewska, wykład 2, Eksperyment DONUT spektrometr

23 23 A.Zalewska, wykład 2, DONUT przypadek oddziaływania ν τ

24 24 A.Zalewska, wykład 2, Istnieją trzy rodzaje lekkich neutrin 1989: pierwszy rok zbierania danych w czterech eksperymentach przy akceleratorze LEP, wyznaczona zostaje liczba lekkich neutrin (a tym samym liczba rodzin kwarkowo-leptonowych) Pomiar szerokości Z0 jest konsystentny z trzema rodzajami lekkich neutrin (sprzęgających się do Z0) 2000: w oparciu o wszystkie dane z czterech eksperymentów LEP-owskich (PDG 2000): N ν = ± (fity SM do danych) N ν = 3.00 ± 0.06 (z bezpośredniego pomiaru)

25 25 A.Zalewska, wykład 2, Odkrycie prądów neutralnych 1973 – w komorze pęcherzykowej Gargamelle na wiązce w CERN-ie proton beam target pion, kaon beam neutrino decay tunnel muon monitors steel rock detector Gargamelle

26 26 A.Zalewska, wykład 2, Przykłady zarejestrowanych oddziaływań

27 27 A.Zalewska, wykład 2, Wyniki pomiarów w Gargamelle Oddziaływania NC – brak mionu, wszystkie cząstki wtórne zidentyfikowane jako hadrony i wewnątrz detektora Oddziaływania CC – dobrze widoczny mion wzdłuż kierunku wiązki, opuszczający detektor Wiązka neutrin – 102 NC, 428 CC, 15 przypadków oddz. neutronów Wiązka antyneutrin – 64 NC, 148 CC, 12 przypadków oddz. neutronów (NC/CC) neutrino =0.21±0.03 sin 2 W = (NC/CC) antineutrino =0.45±0.09

28 28 A.Zalewska, wykład 2, Dalsze pomiary sin 2 W Eksperymenty CDHS, CHARM i w komorze pęcherzykowej BEBC sin 2 W =0.233 ± ± Obecnie: ±

29 29 A.Zalewska, wykład 2, Oddziaływania neutrin To, jaki proces oddziaływania neutrina z materią detektora dominuje, zależy od energii neutrina E czyli odpowiadającej jej długości fali =h/E oddziaływanie z elektronem na orbicie atomowej oddziaływanie z całym jądrem – gdy rozmiaru jądra oddziaływanie z pojedynczym nukleonem w jądrze – gdy rozmiaru nukleonu oddziaływanie z kwarkiem – gdy < rozmiaru nukleonu Dla h=c=1 1 Gev -1 = 0.2 fm R protonu 0.8 fm

30 30 A.Zalewska, wykład 2, Przykłady Rozpad neutronu Odwrotny proces


Pobierz ppt "Fizyka neutrin – wykład 3 Agnieszka Zalewska 9.03.2005 Własności neutrin – najważniejsze pomiary: Pierwsza obserwacja oddziaływań (anty)neutrin Niezachowanie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google