Изучение солнечных 7Be-нейтрино в эксперименте Борексино

• Автор: Литвинович, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Физика нейтрино от Солнца

1.1. Потоки нейтрино от Солнца в Стандартной солнечной модели

1.1.1. Генерация энергии Солнца

1.1.2. Энергетический спектр солнечных нейтрино

1.1.3. Неопределенности, влияющие на вычисления потоков нейтрино от Солнца

1.2. Осцилляции солнечных нейтрино

1.2.1. Осцилляции в вакууме

1.2.2. Осцилляции в веществе

1.2.3. Влияние осцилляций с параметрами в области ЬМА на измеряемые потоки солнечных нейтрино
1.3. Рассеяние нейтрино на электроне, как метод детектирования солнечных »
1.3.1. Сечение (у<Г)-рассеяния в Стандартной модели
1.3.2. Расчет энергетического спектра электронов отдачи в случае рассеяния бериллиевых солнечных нейтрино
ГЛАВА 2. Разработка методов восстановления пространственных координат и энергии событий внутри сцинтилляционной мишени
2.1. Экспериментальная установка Борексино
2.2. Восстановление пространственных координат событий
2.3. Восстановление энергии событий
2.4. Анализ калибровочных данных Борексино
2.4.1. Фторопластовые диффузоры на нейлоновой сфере
2.4.2. Нейтронный источник Аш-Ве
2.4.3. у-источники 54Мп и 85Бг
2.4.4. а-источник 222Кп

ГЛАВА 3. Изучение фоновых характеристик детектора Борексино
3.1. Радиоактивность, связанная с внешними источниками
3.1.1. Космические мюоны
3.1.2. Нейтроны
3.2. Собственный фон детектора
3.2.1. Сцинтиллятор
3.2.2. Другие, связанные с детектором, источники фона
3.3. Пучок из ЦЕРН в лабораторию Гран-Сассо
3.4. Наблюдения за стабильностью фоновых условий внутри детектора
3.4.1. Стабильность загрузки мюонного вето
3.4.2. Стабильность счета 214Ро (ряд 238Ц) в сцинтилляторе
3.4.3. Стабильность счета 212Ро (ряд 232Т1і) в сцинтилляторе
3.4.4. Стабильность счета в области энергий Е = 2 + 5 МэВ
ГЛАВА 4. Анализ энергетического спектра Борексино
4.1. Вычисление ожидаемой для Борексино скорости счета солнечных бериллиевых нейтрино
4.2. Экспериментальный спектр детектора в низкоэнергетической области
4.2.1. Скорость счета детектором 7Ве солнечных нейтрино
4.2.2. Определение вероятности выживания 7Ве солнечных нейтрино Рее
4.2.3. Определение потока 7Ве солнечных нейтрино
4.2.3.1. Гипотеза отсутствия осцилляций
4.2.3.2. Гипотеза существования осцилляций
4.3. Замечания к ошибкам полученных результатов
Заключение
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Настоящая диссертационная работа посвящена изучению моноэнергетических (Е = 0.862 МэВ) «бериллиевых» нейтрино от Солнца при помощи сверхнизкофонового, жидко-сцинтилляционного детектора Борексино. Детектирование этих нейтрино было осуществлено впервые в режиме реального времени по реакции рассеяния на электронах внутри сцинтилляционной мишени. В результате, стало возможным экспериментальное определение потока этих нейтрино и осуществление наглядной проверки теории нейтринных осцилляций.
Детектирование нейтрино с энергиями Еу < 1-2 МэВ сопряжено с экспериментальными трудностями, которые обусловлены малостью сечений взаимодействий нейтрино, а также тем, что энергии нейтрино лежат в области естественной радиоактивности материалов и веществ, применяемых в детекторах. По этой причине, чувствительность экспериментов к детектированию низкоэнергетических нейтрино определяется уровнем фоновой загрузки и массой мишени детектора. Для выделения эффекта над фоном требуется привлечение высокоэффективных методов очистки материалов от радиоактивных примесей и высокая степень защиты детектора от космического излучения.
Согласно Стандартной солнечной модели (ССМ), нейтрино уносят менее 3% энергии термоядерного превращения водорода в гелий и имеют энергии ОМ 8.8 МэВ, однако почти 99% покидающих Солнце нейтрино имеют энергии меньше 1 МэВ. Наиболее многочисленными (-91%) являются т.н. рр-нейтрино (Еу < 0.43 МэВ), образующиеся в центральных областях Солнца в реакции р + р —* сі + е+ + ус. Детектирование и определение потока солнечных рр-нейтрино является, по-видимому, завтрашним днем экспериментальной нейтринной астрофизики. Примерно 7% потока солнечных нейтрино составляют т. н. бериллиевые нейтрино, которые образуются на Солнце в результате захвата ядром бериллия электрона из

интерференции заряженных и нейтральных токов, а также возможностью поиска у нейтрино магнитного момента. Энергетический спектр электронов отдачи содержит в себе информацию о первоначальном спектре нейтрино, а угловое распределение электронов имеет резко выраженный максимум в направлении прилета нейтрино.
Для задач детектирования солнечных уе по (уе_)-рассеянию в настоящее время ведут сбор данных или подготавливаются к запуску три типа детекторов:
- водные черенковские детекторы;
- сцинтилляционные детекторы;
- время-проекционные камеры.
За исключением жидко-сцинтилляционного детектора Борексино, все они способны регистрировать лишь высокоэнергетическую часть спектра нейтрино от Солнца, т.е., в основном, борные нейтрино.
Водные черепковские детекторы
Движению релятивистского электрона отдачи внутри водной мишени сопутствует конус черенковского излучения, которое детектируется фотоумножителями. В таких детекторах возможно восстановление трека электрона отдачи. Поскольку рассеивание электронов происходит преимущественно вперед, это обстоятельство служит проверкой, действительно ли зарегистрированные нейтрино прилетели от Солнца.
Примерами черенковских детекторов солнечных нейтрино служат детекторы Супер-Камиоканде на легкой воде [41] и БЫО на тяжелой воде [6]. Энергетический порог этих детекторов в случае регистрации нейтрино-электронного рассеяния составляет ~5 МэВ. Причиной высокого энергетического порога детекторов является слабость черенковского сигнала при меньших энергиях нейтрино, а также высокий уровень фоновой активности.