Loading AI tools
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Neutrina akceleratorowe to neutrina lub antyneutrina sztucznie wytwarzane przy użyciu akceleratorów cząstek, dla których wiązka protonów jest przyspieszana w akceleratorze i zderzana z tarczą, produkując mezony (głównie piony) rozpadające się następnie na neutrina. W zależności od energii przyspieszonych protonów i od tego, czy mezony rozpadają się w locie, czy w spoczynku, można wygenerować neutrina o różnym zapachu, energii i rozkładzie kątowym. Dzięki wysokiej intensywności wiązek neutrin akceleratorowych, oraz lepszej znajomości i możliwości kontrolowania typu i własności kinematycznych takich neutrin niż w przypadku neutrin z innych źródeł, są one często wykorzystywane do badania oddziaływań i oscylacji neutrin.
Proces wytwarzania wiązek neutrin i antyneutrin mionowych składa się z następujących etapów[1][2]:
Zazwyczaj produkcja wiązki przeprowadzana jest tak, aby była ona jak najczystsza, tzn. zwierała tylko jeden typ neutrina: νμ albo νμ. W tym celu długość tunelu rozpadu dobierana jest w ten sposób, aby jednocześnie jak jednocześnie jak najwięcej pionów uległo rozpadowi i aby zminimalizować liczbę rozpadających się mionów, w których produkowane są neutrina niepożądanych typów[4]:
W większości rozpadów kaonów[5] wytwarzany jest odpowiedni rodzaj neutrin (neutrina mionowe dla kaonów dodatnich i antyneutrina mionowe dla kaonów ujemnych):
jednak znaczący jest również rozpad na (anty)neutrina elektronowe stanowiące tło w badaniach oscylacji νμ→νe:
Neutrina nie posiadają ładunku elektrycznego, dlatego nie da się ich zogniskować ani przyspieszyć za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych, a co za tym idzie nie można wytworzyć równoległej, monoenergetycznej wiązki neutrin, tak jak ma to miejsce w przypadku wiązek cząstek naładowanych w akceleratorach. Do pewnego stopnia można sterować kierunkiem i energią neutrin poprzez właściwy dobór energii pierwotnej wiązki protonów i ogniskowanie wytworzonych pionów i kaonów, gdyż neutrina przejmują część ich energii kinetycznej i poruszają się w kierunku bliskim cząstkom pierwotnym.
Metodą, która pozwala dodatkowo zawęzić rozkład energii tak powstałych neutrin jest wykorzystanie tzw. wiązki pozaosiowej[6]. Wiązka neutrin akceleratorowych jest wiązką szeroką, która nie ma wyraźnych granic, gdyż neutrina w niej nie poruszają się równolegle, lecz mają pewien rozkład kątowy. Im dalej od osi (centrum) wiązki, tym mniejsza jest liczba neutrin, ale także zmienia się rozkład energii. Widmo staje się węższe, a jego maksimum przesuwa się w kierunku niższych energii. Kąt pozaosiowy, a tym samym spektrum energii neutrin, można zoptymalizować tak, aby zmaksymalizować prawdopodobieństwo oscylacji neutrin lub wybrać zakres energii, w którym dominuje pożądany typ oddziaływań neutrin.
Pierwszym eksperymentem, w którym zastosowano wiązkę neutrin pozaosiowych, był eksperyment T2K[7].
Poniżej znajduje się lista niektórych wiązek (anty)neutrin mionowych, które były lub są używane w eksperymentach fizycznych: