Диссертация (Исследование свойств нейтрино низких энергий, испускаемых искусственными источниками), страница 8

Ожидаемое время старта эксперимента 2021 год. Основой этого реакторного эксперимента будет детектор, наполненный жидким сцинтиллятором, с общей массой18 кт. В 50 км от данного детектора находится атомная электростанция с её реактором.RENO-50 является уменьшенной версией детектора LENA, он имеет форму цилиндра с квадратом в осевом сечении. Сторона квадрата составляет 30 м. В детекторе будет использоваться15000 20-дюймовых ФЭУ, которые покрывают всю его внутреннюю поверхность, таким образомсветочувствительная поверхность составит ∼ 60% от всей поверхности. Основные характери√︀стики детектора: энергетическое разрешение 3%/ [ ]; световой выход более 1000 фото-41электронов на 1 МэВ; длина поглощения – в районе 25 м; позиционное разрешение составит8-10 см для энергии в 1 МэВ.

Осевое сечение конфигурации детектора показано на Рисунке 3.9.Основными задачами для RENO являются:водное ветоминеральное маслосцинтиллятор (18 кт)30 м32 м37 м15000 20’’ ФЭУ30 м32 м37 мРисунок 3.9: Осевое сечение детектора RENO, с указанием соответствующих размеров– Определение массовой иерархии в реакторном эксперименте на уровне 3.– Улучшение точности значений Θ12 , Δ221 , Δ232 .– Регистрация нейтрино от Сверхновых в нашей галактике.– Исследование гео-нейтрино, солнечных нейтрино с применением ультрачистого сцинтиллятора.– Поиски проявлений Новой Физики.Отметим, что данный проект получил одобрение, и его финансирование НИР уже началось.3.5Нейтринный детектор JUNOJUNO (the Jiangmen Underground Neutrino Observatory) это нейтринный детектор нового поколения с жидким сцинтиллятором, строительство которого началось в 2014 году на юге Китая,планируемое время окончания всех подготовительных работ 2019 год [56].Непосредственно сам детектор имеет сферическую форму, данная геометрия благоприятновлияет на энергетическое и позиционное разрешения установки, т.к.

при этом потеря света отсобытия, произошедшего внутри, минимальна. Схема установки детектора представлена на Рисунке 3.10. Основная часть детектора представляет собой акриловую сферу диаметром 34,5 м,заполненную жидким сцинтиллятором LAB в количестве 20 кт. Акриловая сфера помещается в42Рисунок 3.10: Принципиальная схема конструкции детектора JUNO вместе с мюонным ветосферический каркас из стали диаметром 37,5 м. В данный каркас вмонтированы 20-дюймовыеФЭУ в количестве 15000.

Промежуток между стальным каркасом и акриловой сферой заполнен маслом: это способствует дополнительной защите от внешней радиоактивности. Стальнойкаркас окружен водяным буфером толщиной в несколько метров с дополнительными ФЭУ, этонеобходимо для реализации мюонного вето. Вся конструкция детектора JUNO будет полностьюпогружена в водный бассейн, который сверху будет закрыт мюонными трекерами. Детектор будет располагаться на глубине 700 м, что способствует значительному ослаблению космическогоизлучения.Согласно последним расчётам энергетическое разрешение детектора будет составлять 3% дляэнергии 1 МэВ, позиционное разрешение для этой же энергии составляет порядка 8 см.Основными задачами для JUNO являются:– Определение массовой иерархии в планируемом реакторном эксперименте.– Уточнение всех известных осцилляционных параметров (разности квадратов масс и углысмешивания).– Использование для нейтринной астрономии.– Исследование гео-нейтрино.– Поиски проявлений Новой Физики.В общем и в целом, данный детектор представляет большой интерес для будущего нейтринной физики, поскольку в отличие от остальных проектов, он получил одобрение и его строительство уже началось.43Глава 4СРТ-инвариантность в рамках методанейтринной осциллометрии4.1СРТ симметрияВ квантовой теории поля существует фундаментальная теорема, говорящая о том, что всеквантовые системы инвариантны относительно CPT-преобразования, независимо от последовательности преобразований.

СРТ-преобразование включает в себя три операции. С – операциязарядового сопряжения, при которой частица заменяется на свою античастицу. Р – пространственная инверсия, все координаты и импульсы изменяют свой знак. T – операция обращениявремени, в которой меняются местами начальное и конечное состояние, а также изменяютсянаправления спинов и импульсов на противоположные. Важным следствием СРТ-теоремы является то, что все амплитуды процессов, включающие частицы и античастицы, должны бытьодинаковыми.

Проверка СРТ симметрии является важной задачей современной физики. Отклонение от данной симметрии повлечёт за собой нарушение Лоренц-инвариантности, а это, в своюочередь, потребует пересмотра существующих основополагающих физических теорий.На сегодняшний день было выполнено большое количество экспериментов по проверке СРТинвариантности. Все эксперименты основаны на сравнении свойств частиц и античастиц. Восновном сравниваются такие параметры, как масса, время жизни, магнитный момент. Наибольшую точность выполнения СРТ-инвариантности обеспечил эксперимент по сравнению масснейтральных каонов с результатом Δ/ ∼10−18 [57].Тем не менее, СРТ симметрия нуждается во всесторонней проверке, особенно в областинейтринной физики. Поскольку именно в ней наблюдается явление нейтринных осцилляций, которое уже потребовало расширения Стандартной Модели физики элементарных частиц для описания массы нейтрино.

Были попытки определения коэффициентов СРТ- и Лоренц-нарушенияс использованием расширенной СМ на основании существующих экспериментальных данных,однако до сих пор не было поставлено эксперимента с прямым сравнением характеристик нейтрино и антинейтрино. Отсутствие такого эксперимента объясняется рядом причин: во-первых,44довольно сложно получить в одном эксперименте значительную статистику нейтринных и антинейтринных событий; во-вторых нейтринные эксперименты достаточно дорогостоящи. Поэтомудля реализации такого прямого и, желательно, одновременного эксперимента необходимо использовать гигантский детектор, мощные источники нейтрино и антинейтрино, способные обеспечить статистику на уровне 105 событий.Важно отметить, что в случае получения положительного сигнала о СРТ-нарушении в прямом эксперименте, дальнейшие оценки величины этого нарушения необходимо производить врамках расширенной СМ с использованием коэффициентов СРТ- и Лоренц-нарушения [58].4.2Основная идея экспериментаОбнаружение всё ещё гипотетических, стерильных нейтрино может стать ключом к прямомусравнению нейтрино и антинейтрино в одном эксперименте.

На данный момент схема смешивания 3+1 для стерильных нейтрино является наиболее предпочтительной. Рассмотрим процесс, вкотором электронные нейтрино (антинейтрино) переходят в стерильные нейтрино. В этом случае вероятность выживания данного флэйвора, согласно формуле (2.21), с учётом, что = ,принимает вид [59](−)(−) ( → ) = 1 − sin2 2Θ sin2(︁ Δ2 )︁41.4(4.1)Функция (4.1) является периодической, её амплитуда определяется углом смешивания Θ , ачастота – разностью квадратов масс Δ241 .

Глобальный анализ существующих нейтринных данных даёт ограничения на возможные значения осцилляционных параметров Δ241 ≤ 10 эВ2 ,2 2Θ ∼ 0.1 [43].Если имеет место СРТ-инвариантность, тогда должно выполняться следующее равенство: ( → ) = (¯ → ¯ ),(4.2)которое означает, что вероятности выживания для электронных нейтрино и антинейтрино одинаковы при смешивании со стерильными нейтрино. Из этого следует, что также должны бытьодинаковыми и осцилляционные параметры (угол смешивания и разность квадратов масс).

Витоге, для прямой проверки СРТ симметрии необходимо измерение осцилляционных параметров для нейтрино и антинейтрино. В данном предложении, рассматривается проверка СРТ наоснове разности квадратов масс, поскольку этот параметр отвечает за частоту осцилляций иточность его определения, как минимум, на порядок выше, чем точность определения угла смешивания. Это будет пояснено в последующих разделах данной главы.Исходя из вышеизложенного, основным выражением для анализа является отношение(Δ241 )= 1,(Δ241 )(4.3)45где N соответствует нейтрино, а A соответствует антинейтрино.

По степени отклонения данногоотношения от единицы можно будет судить о возможном наличии СРТ-нарушения. Помимоэтого, в случае если ( → ) ̸= (¯ → ¯ ), это будет означать автоматическое нарушениеСР симметрии в данном процессе, однако величину СР-нарушения нельзя будет установить вэкспериментах, основанных на выживании флэйвора.14.2.1Метод нейтринной осциллометрииРеализация данного эксперимента возможна в рамках метода нейтринной осциллометрии[25]. Нейтринная осциллометрия – наблюдение осцилляционной кривой в пределах размеровдетектора.