CDHS эксперимент - Википедия - CDHS experiment

Экспериментальная установка CDHS (WA1) в ЦЕРНе

CDHS был нейтринным экспериментом в ЦЕРН с данными с 1976 по 1984 год. Этот эксперимент официально назывался WA1. CDHS был результатом сотрудничества групп из ЦЕРН, Дортмунд, Гейдельберг, Saclay и позже Варшава. Коллаборацией руководил Джек Штайнбергер. Эксперимент был разработан для изучения глубоко неэластичный нейтрино взаимодействия в железе.

Экспериментальная установка

Технический эскиз модернизированного детектора CDHS

Ядро детектора состояло из 19 (позже 20) намагниченных железных модулей. В промежутках между ними дрейфующие камеры для реконструкции пути установлены. Дополнительно пластик сцинтилляторы были вставлены в утюг. Таким образом, каждый железный модуль последовательно служил мишенью взаимодействия, где нейтрино ударялись и производили адронные ливни калориметр, измеряющий энергию этих адронов, и спектрометр, определяющий импульсы образовавшихся мюоны через магнитное отклонение.[1][2]

На момент завершения в 1976 году общий детектор имел длину 20 м и весил примерно 1250 тонн.

Эксперимент располагался в ЦЕРНе. Западный район, в корпусе 182. нейтрино (и антинейтрино) были произведены протонами из Супер протонный синхротрон (SPS) при энергиях около 400 ГэВ, которые стреляли в бериллий цель.[1]

История

Впервые эксперимент был предложен в июле 1973 г. группой во главе с Джек Штайнбергер как двухкомпонентный детектор. Передняя часть должна служить нейтрино цель и адронный душ детектор, следующая вторая часть должна обнаружить мюон следы.[3] Планировалось, что четыре группы из Сакле, Дортмунда, Гейдельберга и ЦЕРН внесут свой вклад в виде дополнительных знаний и рабочей силы. Например, Саклей был назначен ответственным за дрейфующие камеры, тогда как ЦЕРН должен обрабатывать магниты с железным сердечником. Именно эти четыре группы дали название эксперименту: CERN DOrtmund ЧАСЭйдельберг Saclay (CDHS). Примерно 30 человек должны составить последнюю экспериментальную группу.[4]

После продолжительных обсуждений с комитетом SPS, который отвечал за утверждение предложений и распределение имеющихся денег, обновленное предложение по новому детектору было представлено в марте 1974 года. Предлагаемый детектор представлял собой модульную установку, состоящую из намагниченных утюг модули в сочетании с дрейфующие камеры и пластик сцинтилляторы.[5] Это новое предложение было одобрено комитетом в апреле 1974 года. Строительство началось вскоре после этого и было завершено в 1976 году. Официальное название эксперимента было WA1, поскольку это был первый одобренный эксперимент в ЦЕРН Западный район Ориентировочная стоимость детектора колеблется от 6 до 8 миллионов. Швейцарский франк.[3]

В 1979 г. была предложена модернизация экспериментальной установки.[6] Основной причиной этого обновления было сравнительно низкое разрешение восьми из 19 детекторных модулей. Эту ситуацию следует улучшить, вставив двенадцать новых и более совершенных модулей, что приведет к получению немного более длинной и значительно более точной машины. Предложение также включало предложение о группе из Варшавский университет во главе с Адамом Пара, чтобы присоединиться к проекту. Начиная с долгого отключения Супер протонный синхротрон (SPS) с лета 1980 г. запрошенные изменения были внесены. В конце концов, половина целевых калориметров эксперимента была заменена, а общее количество детекторных модулей было увеличено с 19 до 20. Это привело к четырехкратному увеличению пространственного разрешения образовавшихся частиц, а также к 25% более точным измерениям выделенной адронной энергии. Кроме того, были установлены четыре новые штольни, что улучшило реконструкцию мюон треки.[7][8] Позже жидкость водород танк был добавлен перед детектором в качестве цели для измерения структурная функция из протоны.[9]

CDHS принимал данные о нейтрино, доставленных SPS с конца 1976 года по сентябрь 1984 года.

Результаты и открытия

Научной целью эксперимента CDHS было изучение взаимодействия нейтрино высоких энергий. Когда входящий нейтрино (или антинейтрино) взаимодействовали с целью утюг, либо заряженный ток (
ν
 + Fe →
μ+
 + что угодно) или нейтральный ток (
ν
 + Fe →
ν
 + что угодно) события могут быть произведены.[2]

Одной из основных задач эксперимента было определение соотношения нейтрального и заряженного инклюзивного нейтрино. поперечные сечения, откуда Угол Вайнберга можно сделать вывод.[10] Нейтральные токи ранее был обнаружен Гаргамель эксперимент, который также дал первые оценки угла Вайнберга. Результаты были подтверждены и измерены с гораздо более высокой точностью CDHS, что позволило предсказать массу верхний кварк, прежде чем он был обнаружен на Теватрон, с точностью примерно ± 40 ГэВ.[11][10]

Другие измерения относительно электрослабое взаимодействие в пределах стандартная модель включены измерения более чем одного мюон; т.е. димюонные и тримюонные события.[12][13]

Результаты, полученные в CDHS, обеспечили экспериментальную проверку стандартная модель, в то время, когда эта модель еще находилась на стадии тестирования. Важным шагом в этом направлении стала фальсификация якобы «аномалии высокого уровня». Величина y характеризует неупругость нейтринных столкновений, т.е. измеряет количество энергии, которое падающее нейтрино передает адроны во время их столкновения. Эксперименты на Фермилаб обнаружил так называемую «аномалию высокого y», которая бросила вызов стандартной модели. Однако результаты CDHS опровергли эти выводы, укрепив стандартная модель.[14]

CDHS исследовал нуклон структурные функции, что позволило ученым подтвердить теорию квантовая хромодинамика (QCD).[15][8] Эта работа включала определение КХД константа связи , проверка кварк 's (s = 1/2) и глюон 's (s = 1) вращение, а также фальсификация обоих абелевский теории сильные взаимодействия и теории, основанные на скалярных глюонах.[9][15]Кроме того, эксперименты позволили понять структуру нуклон, исследуя распределение глюоны, кварки и антикварки внутри. Результаты CDHS соответствовали кварк-партонная модель, который назначил кварки быть точным партоны.[10] В этом контексте также было подтверждено, что количество валентные кварки в нуклон равно 3.[16] Наконец, результаты CDHS позволили определить импульс распределение странные кварки и антикварки в нуклон.[17]

В течение последних лет своей работы коллаборация CDHS занималась поиском осцилляции нейтрино. Хотя это явление не могло быть подтверждено с помощью пучка нейтрино большой энергии ЦЕРН, эта попытка повлияла на следующие эксперименты, которые в конечном итоге обнаружили осцилляции нейтрино.[18]

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б Сервер документов ЦЕРН: Годовой отчет за 1976 г. (Отдел экспериментальной физики) Проверено 14 августа 2018 г.
  2. ^ а б М. Холдер и др .: Детектор взаимодействий нейтрино высоких энергий. Проверено 15 августа 2018 г.
  3. ^ а б Сервер документов ЦЕРН: Предложение по изучению взаимодействия нейтрино высоких энергий на SPS Проверено 13 августа 2018 г.
  4. ^ Сервер документов ЦЕРН: Меморандум в развитие предложения Проверено 13 августа 2018 г.
  5. ^ Сервер документов ЦЕРН: Меморандум - конструкция и физика предлагаемого мюонного спектрометра Проверено 16 августа 2018 г.
  6. ^ Сервер документов ЦЕРН: Запрос на одобрение программы улучшения WA1 Проверено 14 августа 2018 г.
  7. ^ Сервер документов ЦЕРН: Новые разработки на WA1 (Бюллетень ЦЕРН, выпуск № 7/1982) Проверено 14 августа 2018 г.
  8. ^ а б П. Берге и др.: Измерение дифференциальных сечений и структурных функций нуклонов во взаимодействиях нейтрино с заряженным током на железе. Проверено 15 августа 2018 г.
  9. ^ а б Х. Абрамович и др .: Измерение структурных функций нейтрино и антинейтрино в водороде и железе. Проверено 16 августа 2018 г.
  10. ^ а б c Сервер документов ЦЕРН: В. Д. Шлаттер - Основные моменты экспериментов с нейтрино высокой энергии в ЦЕРН Проверено 14 августа 2018 г.
  11. ^ М. Холдер и др.: Измерение отношения поперечного сечения нейтрального и заряженного тока во взаимодействиях нейтрино и антинейтрино. Проверено 15 августа 2018 г.
  12. ^ М. Холдер и др.: Наблюдение тримюонных событий, возникающих при взаимодействии нейтрино и антинейтрино. Проверено 15 августа 2018 г.
  13. ^ T. Hansl и др .: Происхождение тримюонных событий во взаимодействиях нейтрино высоких энергий Проверено 16 августа 2018 г.
  14. ^ М. Холдер и др.: Существует ли аномалия высокого уровня во взаимодействиях антинейтрино? Проверено 16 августа 2018 г.
  15. ^ а б Х. Абрамович: Проверка КХД и неасимптотически-свободных теорий сильного взаимодействия на основе анализа структурных функций нуклонов , и
    q
     Проверено 15 августа 2018 г.
  16. ^ Информационный бюллетень ЦЕРН отдела EP: интервью с Филиппом Блохом Проверено 16 августа 2018 г.
  17. ^ Х. Абрамович и др.: Экспериментальное исследование димюонов противоположного знака, образующихся при взаимодействии нейтрино и антинейтрино Проверено 17 августа 2018 г.
  18. ^ Ф. Дыдак и др .: Поиски
    ν
    μ     колебания Δ диапазон 0,3–90     Проверено 16 августа 2018 г.