www.eprace.edu.pl » minos-neutrina » FIZYKA W EKSPERYMENCIE MINOS » Oscylacje neutrin

Oscylacje neutrin

Eksperyment Super-Kamiokande jako pierwszy niezbicie udowodnił istnienie oscylacji neutrin. Został zaprojektowany i zbudowany jako unowocześnienie eksperymentu Kamiokande z myślą o poszukiwaniu rozpadu protonu, lecz okazał się dobrym narzędziem do badania neutrin atmosferycznych. Zjawisko to polega na zamianie neutrin mionowych, powstających w górnych warstwach atmosfery ziemskiej w wyniku oddziaływania z promieniowaniem kosmicznym, w neutrina taonowe. Kolejny eksperyment, SNO (Sudbury Neutrino Observatory [24]), ostatecznie potwierdził rezultaty Super-K, tym razem badając neutrina słoneczne. Zaobserwowano, iż liczba neutrin elektronowych pochodzących ze Słońca a docierających do Ziemi jest około trzy razy mniejsza od przewidywań teoretycznych. Zmierzono także całkowity strumień tych cząstek [5] [13].

Podstawowym warunkiem zajścia zjawiska oscylacji jest posiadanie przez neutrina niezerowej masy. Przez dłuższy czas sądzono, iż cząstki te masy nie posiadają. Kiedy oscylacje neutrin potwierdzono eksperymentalnie, tym samym obalono tezę o bezmasowości tych cząstek. Znane są trzy typy neutrin, czyli trzy tzw. stany zapachowe: νe, νμ i ντ. Każdy stan własny zapachu, w myśl teorii oscylacji, jest superpozycją trzech stanów własnych masy ν1, ν2 i ν3 o ścisle określonych i różnych od siebie masach. Każdy stan masowy może być przedstawiony jako paczka falowa o innej energii, a więc w konsekwencji o nieco innej prędkości. Efektem tego jest nakładanie się poszczególnych paczek falowych na siebie i ich interferencja, co w rezultacie, po przebyciu pewnej drogi, daje za każdym razem inny wypadkowy zapach neutrina. W trakcie podróży tej cząstki następuje mieszanie się między sobą wszystkich stanów masowych i przechodzenie jednego zapachu w drugi, co nazywane jest właśnie oscylacją [2] [4] [5].

Rozumując w drugą stronę można stwierdzić, iż każdy stan masowy jest kombinacją trzech stanów zapachowych: elektronowego, mionowego i taonowego (rys. 4.1).

Rysunek 4.1: Trzy stany masowe neutrin ν1, ν2 i ν3 przedstawione jako kombinacja stanów o określonym zapachu (νe, νμ i ντ) [1]

Image oscylacje3

Ze względów historycznych różnicę kwadratów mas między stanami masowymi 2 oraz 3 ( $ {\Delta}m^{2}_{23}$ ) oznacza się czasem jako $ {\Delta}m^{2}_{atm}$, ponieważ parametr ten odpowiada za oscylacje neutrin atmosferycznych odkrytych przez Super-K. Z kolei $ {\Delta}m^{2}_{sol}$ jest równoznaczne zapisowi $ {\Delta}m^{2}_{12}$, czyli różnicy kwadratów mas między stanami masowymi 1 a 2. W tym przypadku mamy do czynienia z parametrem opisującym oscylacje neutrin słonecznych [7] [2].

Różnica mas pomiędzy stanem 1 a 2 jest zdecydowanie mniejsza, niż między stanem 2 a 3. Z kolei $ {\Delta}m^{2}_{13} = {\Delta}m^{2}_{12} + {\Delta}m^{2}_{23}$.

Wyznaczenie wartości $ {\Delta}m^{2}_{23}$ jest jednym z celów eksperymentu MINOS. Oprócz $ {\Delta}m^{2}_{23}$, eksperyment MINOS ma również za zadanie wyznaczenie kolejnego parametru oscylacji, tzw. kąta mieszania Θ23, o którym będzie mowa dalej. Bezpośrednie zmierzenie mas wszystkich neutrin jest w MINOS'ie niemożliwe [8].

komentarze

Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.