Эксперимент E875 MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), который планируется в Национальной ускорительной лаборатории им.Ферми (Фермилаб, США), нацелен на измерение характеристик нейтринных осцилляций. В этом международном эксперименте будут изучаться взаимодействия нейтринного пучка NuMI (Neutrino Main Injector) в двух детекторах: ближнем, расположенном в Фермилаб, и дальнем, находящемся на расстоянии 735 км в подземной лаборатории Соудан.
Коллаборация MINOS включает более 200 физиков из 32 научных институтов 6 стран: Англии, Бразилии, Греции, Польши, России и Соединенных Штатов Америки.
Главная задача эксперимента MINOS состоит в измерении параметров осцилляций sin2(q23) и Dm223. Эти параметры определяют элементы нейтринной матрицы смешивания, которая связывает массовые состояния нейтрино, имеющих массы m2 и m3. Данные параметры могут быть определены при сравнении количества взаимодействий пучковых мюонных нейтрино в двух последовательно расположенных детекторах. -- ближнем и дальнем. Как ожидается, нейтринные осцилляции должны изменять количество регистрируемых событий взаимодействия мюонных нейтрино в дальнем детекторе из-за их перехода в нейтрино других ароматов (электронное и тау). Измерение полной скорости счета таких переходов наряду с их энергетической зависимостью этих событий позволяет очень точно определить разницы масс нейтрино двух ароматов из трех известных.
Пучок NuMI образуется при выводе протонного пучка из Главного Инжектора ускорителя Фермилаб на мишень и с прецизионной точностью направляется на дальний детектор в шахте Соудан. Первый вывод пучка NuMI состоялся в декабре 2004 г. Первые нейтринные взаимодействия были зарегистрированы и реконструированы: в ближнем детекторе в январе, а в дальнем – в марте 2005 г.
Оба детектора MINOS имеют одинаковую конструкцию. Они состоят из рядов стальных пластин, прослоенных плоскостями сцинтилляционных детекторов которые расположены в направлении нейтринного пучка. Стальные пластины являются мишенью для нейтринных взаимодействий, а сцинтилляционные счетчики регистрируют вторичные заряженных частиц, образующиеся в этих взаимодействиях. Каждый детектор включает по несколько сотен плоскостей, что позволяет выделять мюон, определять энергию вторичных частиц и проводить полную реконструкцию события. Стальные пластины тороидально намагничиваются за счет катушки с током, проходящим в продольном направлении внутри каждого супермодуля детекторов, что позволяет разделять нейтрино от антинейтрино. . Дальний детектор состоит из двух, а ближний -- из одного супермодуля.
Сборка дальнего детектора MINOS была успешно завершена в июне 2003 г. Ближний детектор был собран в октябре 2004 г. В настоящее время оба детектора набирают и обрабатывают статистику взаимодействий атмосферных нейтрино и мюонов.
Для высокоточных измерений параметров нейтринных осцилляций в эксперименте MINOS предстоит накопить обширный банк данных по взаимодействиям ускорительных нейтрино в ближнем и дальнем детекторах.
Участие сотрудников Физического института им. П.Н. Лебедева
в эксперименте MINOS
2001– 2004 гг.
Сборка и калибровка дальнего детектора в лаборатории Соудан и ближнего детектора в Фермиевской лаборатории
- Установка и наладка релейной стойки, прокладка кабелей и монтаж
- MUX коробок для встроенной электроники.
- Сборка плоскостей сцинтилляционного детектора и его отладка с помощью источника света, радиоактивного источника и в потоке космических лучей;
- Сборка и тестирование системы мониторирования магнитного поля;
- Калибровка модулей сцинтилляционного детектора с использованием данных по космическим мюонам.
После 2004 г.
- Анализ данных, полученных при экспозиции в пучке космических мюонов для калибровки магнитного поля внутри калориметра дальнего детектора.
- Расчеты и анализ данных при экспозиции в пучке ускорительных нейтрино.