Диссертация (Исследование свойств нейтрино низких энергий, испускаемых искусственными источниками)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Исследование свойств нейтрино низких энергий, испускаемых искусственными источниками". PDF-файл из архива "Исследование свойств нейтрино низких энергий, испускаемых искусственными источниками", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве СПбГУ. Не смотря на прямую связь этого архива с СПбГУ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиСмирнов Михаил ВладимировичИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НЕЙТРИНО НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ,ИСПУСКАЕМЫХ ИСКУССТВЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИСпециальность 01.04.16 —«Физика атомного ядра и элементарных частиц»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:Доктор физико-математических наук,профессорНовиков Ю.Н.Санкт-Петербург — 20152ОглавлениеВведение . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 Нейтрино и нейтринные источники низких энергий . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81.1Введение в физику нейтрино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2Естественные источники нейтрино . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.381.2.1Солнечные нейтрино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2.2Нейтрино от Сверхновых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.3Гео-нейтрино .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2.4Излучение от тёмной материи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Искусственные источники нейтрино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3.1Нуклиды, наработанные на реакторе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
161.3.2Антинейтрино из ядерного реактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3.3Нейтрино от распада мюонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Нейтринные осцилляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.1Осцилляции трёх активных флэйворов нейтрино . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 212.1.1Дираковский и майорановский массовый член . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.1.2Вероятность осцилляционных переходов в вакууме . . . . . . . . . . . . . . 232.2Влияние среды на осцилляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3Включение стерильных нейтрино в осцилляционный механизм . . . . . . .
. . . . 272.3.1Схема смешивания 3+1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.3.2Схема смешивания 3+2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Детекторы нейтрино на основе жидкого сцинтиллятора . . . . . . . . . . . . . . . . 303.1Свойства жидкого сцинтиллятора и каналы регистрации . . . . .
. . . . . . . . . . 303.1.1Упругое рассеяние . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.1.2Обратный бета-распад . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.1.3Реакции на углероде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 323.2Нейтринный детектор LENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.3Нейтринный детектор HELENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.3.1Энергетическое разрешение детектора HELENA . . . . . . . . . . . . . . . . 353.3.2Позиционное разрешение детектора HELENA . . . . . . . . .
. . . . . . . . 3833.4Нейтринный детектор RENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.5Нейтринный детектор JUNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 СРТ-инвариантность в рамках метода нейтринной осциллометрии . . . . . . . . . . 434.1СРТ симметрия . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.2Основная идея эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.34.2.1Метод нейтринной осциллометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.2.2Наработанные источники для эксперимента . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 454.2.3Конфигурация эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Результаты моделирования эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 Безнейтринный двойной е-захват . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535.15.25.3Описание двойных бета-процессов . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535.1.1Двойные -процессы с испусканием нейтрино (антинейтрино) . . . . . . . 545.1.2Безнейтринные двойные -превращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Теория безнейтринного двойного e-захвата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565.2.1Вероятность для 0 . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565.2.2Резонансный фактор. Атомные и ядерные данные, необходимые для расчёта 58Кандидаты для безнейтринного двойного e-захвата . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606 Применение ловушки Пеннига в изучении двойного е-захвата . . . . .
. . . . . . . . 616.1Теория ионной ловушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616.2Возбуждение иона, заточённого в ловушку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656.2.1Дипольное возбуждение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656.2.2Квадрупольное возбуждение . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666.3Метод время-пролётного резонанса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666.4Эксперимент по измерению разностей масс в изобарных триплетах . . . . . . . . . 706.56.4.1Экспериментальная установка SHIPTRAP . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 706.4.2Методика эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716.4.3Результаты эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726.4.4Оценки периодов полураспада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Поиск безнейтринного двойного e-захвата в124Xe с использованием гигантскогонейтринного детектора . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 81Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Список рисунков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884Список таблиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 92A Моделирование нейтринного спектра для детектора LENA (RENO) . . . . . . . . . 935ВведениеНа сегодняшний день развития современной физики нейтрино является одной из самых загадочных элементарных частиц. Эта частица была придумана В. Паули для спасения законасохранения энергии в бета-распаде, и как оказалось позднее, она действительно существует.Как известно, Стандартная Модель (СМ) физики элементарных частиц [1] включает в себядва сорта материи: кварки и лептоны.
Кварки разделяются на три поколения, лептоны тожена три. Как оказалось, помимо заряженных лептонов существуют нейтральные лептоны трёхсортов: электронное, мюонное и тау нейтрино. Нейтринная физика занимается исследованиемприроды и свойств частиц, составляющих фундаментальную основу нашей Вселенной.Ожидаемая масса нейтрино находится на уровне 1 эВ, а может и ниже. Это значение намного порядков величины меньше масс всех известных элементарных частиц, что ставит эксперименты по определению массы в разряд чрезвычайно сложных.
Определение массы нейтринопозволит исследовать новый диапазон массовой шкалы вещества, недоступный ранее. Наличиеу нейтрино массы, отличной от нуля, противоречащее постулату СМ, подтверждено экспериментальным открытием явления нейтринных осцилляций (перехода одного сорта нейтрино вдругой в процессе их распространения) в Японии в 1998 году [2].
Позднее осцилляции наблюдались в большом количестве других нейтринных экспериментов. Данное явление потребовалорасширения СМ.Поскольку нейтрино образуются в больших количествах в ядерных реакциях с участием заряженных лептонов, то его исследования важны для космологии и астрофизики. Это позволяетполучать информацию о структуре Солнца, звёзд, Сверхновых, а также о реакциях, протекающих внутри них.
Благодаря тому, что нейтрино, практически, не взаимодействует с веществом,уникальная информация о космических объектах попадает на Землю без искажений.Для геофизики нейтрино способно дать информацию о процессах, происходящих в земнойкоре, мантии и ядре нашей планеты. Что позволит дать количественную оценку наличия радиоактивных элементов. Никакими другими способами эти данные получить невозможно.Нейтрино может объяснить преобладание материи над антиматерией через лептогенезис,ключом к которому является наличие СР-нарушение в нейтринном секторе.
Наличие более чемтрёх сортов нейтрино, может быть отнесено к тёмной материи, существование которой предсказано, но которая пока не обнаружена. Открытие четвёртого типа нейтрино, а может быть ипятого, кардинально изменит существующую СМ.6Законы сохранения и фундаментальные симметрии также требуют проверки в нейтринномсекторе. Один из таких законов, сохранение отдельных лептонных чисел, не выполняется принейтринных осцилляциях.На данном этапе развития нейтринной физики готовятся новые экспериментальные предложения и проекты, основанные на гигантских нейтринных детекторах, с массой от десятковкилотонн до мегатонн, что является необходимым для получения большей статистики, котораясможет обеспечить ответы на поставленные вопросы.Целью данной диссертационной работы являлось:1.
