Chooz (eksperyment)

Chooz ( francuski: [ʃo] ) był krótkim podstawowym eksperymentem oscylacji neutrin w Chooz we Francji . Jego głównym rezultatem było wyznaczenie granic parametrów oscylacji neutrin odpowiedzialnych za przemianę neutrin elektronowych w inne neutrina. W δm ² > ^{szczególności}   8 × 10-4 eV ² stwierdzono, że sin ² (2 θ ₁₃ ) < 0,17 dla dużego δm ² i dla maksymalnego wymieszania. Wyniki zostały opublikowane w 1999 roku.

Eksperyment Double Chooz nadal zbiera dane przy użyciu tej samej przestrzeni laboratoryjnej.

źródło neutrin

Chooz użył neutrin z dwóch ciśnieniowych reaktorów wodnych , które dostarczyły >99,999% źródła
ν
_e . Średnia energia neutrina wynosiła około 3 MeV , a detektor znajdował się około 1000 m od reaktora. Intensywność mierzono za pomocą bilansu cieplnego i mocy wyjściowej neutronów reaktora i wiadomo, że była lepsza niż 2%. Szczegółowe modelowanie rdzeni reaktorów wykorzystano do przewidywania zarówno intensywności, jak i widma energetycznego neutrin w funkcji czasu. Neutrina obserwowano poprzez odwrotną reakcję rozpadu beta (
p
+
ν
_e →
n
+
e ⁺
).

Detektor

Detektor Chooz znajdował się pod ziemią, z 300- metrowym nadkładem równoważnym wodzie , aby zredukować tło promieniowania kosmicznego. Sam detektor był cylindrem o średnicy 5,5 m i wysokości 5,5 m. Detektor składał się z trzech regionów. Najbardziej wewnętrzny obszar (obszar I) zawierał 5 ton scyntylatora domieszkowanego gadolinem w pojemniku z pleksiglasu. Gadolin szybko wychwytywał neutrony wytwarzane w odwrotnym rozpadzie beta. Drugi region (region II) zawierał 17 ton niedomieszkowanego scyntylatora do wychwytywania energii elektromagnetycznej z odwrotnego rozpadu beta (≈99%) i fotonów z wychwytu neutronów w Gd (>95%). Zewnętrzna powierzchnia regionu II zawierała 192 skierowane do wewnątrz fotopowielacze (PMT) umieszczone w nieprzezroczystej plastikowej strukturze.

Najbardziej oddalony region (region III) zawierał dziewięćdziesiąt ton tego samego niedomieszkowanego scyntylatora co region II i zawetował zdarzenia związane z promieniowaniem kosmicznym przy użyciu 48 PMT.

Warstwa pleksiglasu między regionami I i II była przezroczysta, aby umożliwić obserwowanie światła scyntylacyjnego z regionu I przez PMT w regionie II. Wewnętrzna powierzchnia pojemnika regionu II została pomalowana na czarno, aby uniknąć odbić, które pogorszyłyby pomiary pozycji. Zewnętrzna powierzchnia kontenera regionu II i wewnętrzna powierzchnia pojemnika regionu III zostały pomalowane na biało, aby zmaksymalizować sygnały weta.

Próbka danych

Chooz zebrał dane przez łącznie 8210 godzin: 3420 godzin bez pracy żadnego z reaktorów, 3250 godzin z włączonym jednym reaktorem i 1540 godzin z uruchomionymi obydwoma reaktorami. W tym okresie zaobserwowano łącznie 2991 kandydatów na neutrina, z czego 287 kandydatów pojawiło się w okresach wyłączenia reaktora. Skorelowane tło wynosiło 1,01 zdarzenia dziennie, a nieskorelowane tło wynosiło 0,42 zdarzenia dziennie. Badano również wydajność neutrin w funkcji mocy reaktora, wypalenia paliwa oraz dla każdego reaktora z osobna.

Obliczono również widmo energii pozytonów i obliczony kierunek napływającego neutrina. Wszystkie rozkłady zgodne z przewidywaniami.

Poszukiwania oscylacji neutrin

Do poszukiwania oscylacji neutrin zastosowano trzy techniki analityczne. Najpotężniejsza metoda wykorzystywała globalne χ ² siedmiu pojemników energii pozytonów dla każdego reaktora, w sumie czternaście pojemników. χ2 obliczono dla różnych ⁽ θ , δm2 ) ^kombinacji . Pełna 14 × 14 została wykorzystana do uwzględnienia korelacji między pojemnikami. Statystyka χ ² zawiera również człon ogólnej normalizacji neutrin (z niepewnością 2,7%) oraz człon kalibracji energii (z niepewnością 1,1%). Globalne minimum, z χ ² równym 96%, odpowiada sin ² (2 θ ) = 0,23, δm ² = 8,1 × 10-4 eV ^{2 , ogólna normalizacja neutrin = 1,012} i skala energetyczna = 1,006. Hipoteza braku oscylacji ma również wysokie χ2 wynoszące 93%, co odpowiada ogólnej normalizacji neutrin = 1,008 i skali energetycznej = 1,011 ^.

Interpretacja wyników

Wyniki Chooz nakładają ograniczenia na element macierzy PMNS U _e3 ² . Istnieją dwie możliwości, U _e3 ² < 0,03 lub U _e3 ² > 0,97 . Problem neutrin słonecznych wyklucza drugą nierówność, dlatego U _e3 ² jest ograniczone do małych wartości. Dane CHOOZ wskazują również na silną preferencję dla hipotezy maksymalnego mieszania
ν
_μ →
ν
_{τ .}

Uwaga dotycząca nazewnictwa

Współpraca Chooz nie jest konsekwentna w kapitalizacji. Eksperyment czasami pojawia się jako Chooz , a czasami jako CHOOZ . Nie jest to jednak skrót myślowy .

Linki zewnętrzne

• Strona główna Chooz