Исследование квазиупругого взаимодействия нейтрино vμn→μ-p и антинейтрино v-μp→μ+n в эксперименте NOMAD (CERN)

• Автор: Любушкин, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 99 с. : ил.

светлой памяти моего дедушки Сидоренко Михаила Куприяновича посвящается

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. V. V. Lyubushkin and В. A. Popov, A study of quasi-elastic muon (anti)neutrino scattering in the NOMAD experiment,” // Сообщение ОИЯИ El-2008-108, Дубна (2008);
2. V. V. Lyubushkin and B. A. Popov, :A study of quasielastic neutrino interactions vn —» fi,~p in the NOMAD experiment,” // Ядерная физика 69, 1876 (2006);
3. К. S. Kuzmin, V. V. Lyubushkin and V. A. Naumov, “Quasielastic axial-vector mass from experiments on neutrino-nucleus scattering,” // Eur. Phys. J. С 54, 517 (2008); arXiv:0712.4384 [hep-ph];
4. K. S. Kuzmin, V. V. Lyubushkin and V. A, Naumov, “Fine-tuning parameters to describe the total charged-current neutrino-nucleon cross section,” // Ядерная физика 69, 1857 (2006);
5. К. S. Kuzmin, V. V. Lyubushkin and V. A. Naumov, “Axial masses in quasielastic neutrino scattering and single-pion neutrinoproduction on nucleons and nuclei,” // Acta Phys. Polon. В 37, 2337 (2006); arXiv:hep-ph/0606184;
6. K. S. Kuzmin, V. V. Lyubushkin and V. A. Naumov, “Extended Rein-Sehgal model for tau Icpton production,” // Nucl. Phys. Proc. Suppl. 139, 158 (2005); arXiv:hep-ph/0408106;
7. K. S. Kuzmin, V. V. Lyubushkin and V. A. Naumov, “Lepton polarization in neutrino nucleon interactions,” // Mod. Phys. Lett. A 19, 2815 (2004) [Phys. Part. Nucl. 35, S133 (2004)]; arXiv:hep-ph/0312107.

Оглавление
Введение
1 Феноменология взаимодействия нейтрино с нуклонами
1.1 Сечение взаимодействия нейтрино с нуклонами
1.1.1 Неполяризоваиный случай
1.1.2 Поляризованный лептой в конечном состоянии
1.2 Квазиупругое рассеяние
1.2.1 Общий вид адронного тока
1.2.2 Инвариантность относительно обращения времени
1.2.3 Изотопическая инвариантность сильного взаимодействия
1.2.4 Аксиальный и псевдоскалярный форм-факторы нуклона
1.2.5 Структурные функции и сечение рассеяния на свободном нуклоне
1.2.6 Ядерные эффекты: модель Smith-Moniz
1.3 Однопионное рождение
1.3.1 Рождение одиночного резонанса
1.3.2 Уточненная модель Rein-Sehgal
1.3.3 Псевдоскалярный форм-фактор в модели Rein-Sehgal
1.3.4 Ядерные эффекты: фактор Паули
1.4 Глубоконеупругое рассеяние
1.5 Выводы
2 Описание детектора NOMAD
2.1 Введение
2.2 Пучок нейтрино
2.3 Установка NOMAD
2.3.1 Система координат детектора
2.3.2 Система вето
2.3.3 Передний калориметр
2.3.4 Дрейфовые камеры
2.3.5 Триггерные плоскости
2.3.6 Детектор переходного излучения
2.3.7 Детектор ливней
2.3.8 Электромагнитный калориметр
2.3.9 Адронный калориметр
2.3.10 Мюонные камеры
2.4 Триггеры и набор данных
2.5 Выводы

Глава 2 Описание детектора NOMAD
2.1 Введение
Детекторы NOMAD1 (Neutrino Oscillation MAgnetic Detector) [57] и CHORUS2 (CERN Hybrid Oscillation apparatUS) [58] были сконструированы для экспериментального поиска Vp —+ vT осцилляций нейтрино в пучке широкого спектра от ускорителя SPS в CERN, состоящим преимущественно из VАктивная часть установки NOMAD представляла собой набор дрейфовых камер с суммарной эффективной массой 2.7 тонны и низкой средней плотностью (98.6 кг/м3), что очень близко к плотности жидкого водорода. Детектор находился внутри магнита, обеспечивающего магнитное поле 0.4 Т, которое служило для определения импульсов заряженных частиц по кривизне их траекторий. Эффекты многократного рассеяния приводят к незначительным искажениям траекторий частиц из-за низкой плотности вещества детектора. За набором дрейфовых камер следовали детектор переходного излучения для идентификации электронов, электромагнитный и адронный калориметры и система мюопных камер.
Возможное наличие vT в нейтринном пучке проверяется посредством поиска vT СС взаимодействий. При средней энергии нейтринного пучка от ускорителя SPS характерная длина пробега т-лептона составляет ~ 1мм. Пространственное разрешение детектора NOMAD хотя и является очень хорошим для нейтринных экспериментов, всс-такн недостаточно для обнаружения столь коротких треков. Поэтому поиск возможных распадов т-лептона осуществлялся с помощью кинематических критериев отбора, основанных на хорошем измерении недостающего поперечного импульса.
Предложенный метод проведения эксперимента является дополнительным по отношению к методике использования ядериых эмульсий для обнаружения т~ распадов, выбранной коллаборацией CHORUS [58].
2.2 Пучок нейтрино
Детектор NOMAD был расположен в западной зоне CERN (WANF) и подвергался воздействию пучка нейтрино широкого спектра от ускорителя SPS. Этот пучок был специально оптимизирован для экспериментов NOMAD и CHORUS. Схематический вид основных элементов, служащих для создания нейтринного пучка, приведен на рис. 2.1.
Нейтрино образуются в распадах вторичных 7Г и К мезонов, возникающих при взаимодействиях протонов с энергией 450 ГэВ с бериллиевой мишенью. Вторичные пионы и
1 странник (англ.)
2хор (англ.)