Результаты обработки данных эксперимента "Троицк ню-масс" по прямому измерению массы электронного нейтрино

• Автор: Нозик, Александр Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Введение

Глава 1. Экспериментальное определение массы нейтрино

1.1. История открытия нейтрино

1.2. Теоретическое описание свойств нейтрино

1.3. Осцилляции нейтрино

1.4. История экспериментов по определению массы нейтрино

1.4.1. Двойной бета-распад

1.4.2. Измерение бета-спектра

1.5. Эксперименты в Троицке и Майнце

Глава 2. Установка «Троицк ню-масс»

2.1. Общий вид установки

2.2. Тритиевый молекулярный источник электронов
2.3. Адиабатический инвариант и магнитная система транспортировки
2.4. Спектрометр
2.5. Детектор электронов
2.6. Криогенная система
2.7. Масс-спектрометр
2.8. Фотоэлектронная пушка
Глава 3. Описание экспериментального спектра электронов
3.1. Спектр электронов в бета-распаде трития
3.1.1. Учет отдачи ядра
3.1.2. Учет спектра конечных состояний
3.1.3. Тепловые эффекты
3.1.4. Продолжение спектра в нефизическую область
3.2. Потери энергии в газообразном источнике
3.2.1. Спектр потерь
3.2.2. Использование приближенного спектра потерь
3.2.3. Вероятность неупругих потерь и эффективная толщина источника
3.2.4. Экспериментальное определение эффективной толщины источника
3.2.5. Траппинг-эффект
3.2.6. Полный спектр потерь
3.3. Функция разрешения спектрометра
3.4. Окончательный спектр
Глава 4. Процедура обработки
4.1. Метод квазиоптимальных весов
4.1.1. Суть метода
4.1.2. Проверка эффективности метода
4.2. Среда разработки BlackBox
4.2.1. Подсистемы Numass, Numath и Bayesian
4.3. Предварительная обработка данных
4.3.1. Первичный отбор плохих файлов и точек
4.3.2. Отбор «пачек»
4.4. Процедура отбора данных
4.4.1. Отброс наборов данных с неточными внешними параметрами
4.4.2. Выкидывание точек из спектра
4.5. Процедура фитирования
4.6. Дополнительные способы контроля
4.7. Интерпретация результатов фитирования
4.8. Независимая проверка результатов
Глава 5. Определение и учет систематических ошибок
5.1. Неопределенность эффективной толщины источника

5.2. Траппинг-эффект
5.3. Дрожание напряжения на электроде
5.4. Спектр конечных состояний
5.5. Другие источники неопределенностей
5.6. Сложение ошибок
Глава 6. Результаты анализа
6.1. Результаты по отдельным сеансам
6.2. Троицкая аномалия
6.2.1. Исследование аномалии
6.2.2. Ступенька или масса нейтрино?
6.3. Суммарный результат по всем сеансам
6.4. Сравнение методов оценки параметра вблизи границы его физической области
6.5. Верхний предел на массу нейтрино
6.6. Использование результатов других экспериментов
6.7. Калибровочные измерения
6.7.1. Попытка теоретического объяснения сдвига
6.7.2. Установка «Троицк ню-масс II»
6.8. Актуальность разработанных методов для будущих экспериментов
Заключение
Литература

Введение
Исследование свойств нейтрино - одно из основных направлений современной физики элементарных частиц. Несмотря на то, что научное сообщество тщательно исследует каждое проявление этой частицы (или, вернее, частиц), многое остается неизвестным. Одной из таких проблем является вопрос о массе нейтрино. В стандартной модели, сформировавшейся во второй половине XX века, нейтрино считается безмассовой частицей, как и фотон. Причина такого предположения заключается в том, что экспериментально обнаружено взаимодействие нейтрино только с левой спиральностью (подробнее см. разд. 1.2). Так как правых нейтрино не было обнаружено, логично было предположить, что их вовсе не существует, так же, как и фотонов с нулевой проекцией спина. Необходимым условием этого и является равенство нулю массы нейтрино.
Последние результаты по поиску и измерению параметров осцилляций нейтрино показывают, что известные нам состояния взаимодействия нейтрино (уе, Уи и Ух) не являются собственными массовыми состояниями, то есть ЯВЛЯЮТСЯ смесью собственных массовых СОСТОЯНИЙ VI, У2 И Уз- Прямым следствием существования осцилляций между разными СОСТОЯНИЯМИ взаимодействия является наличие ненулевой разности квадратов масс массовых состояний, а это в свою очередь приводит к выводу, что по крайней мере два из трех состояний взаимодействия имеют ненулевую массу.
Несмотря на то, что измерение параметров осцилляций дает много информации о соотношении между свойствами разных массовых состояний и состояний взаимодействия, вопрос об абсолютной шкале масс нейтрино по-прежнему остается открытым.
В данной работе приводится анализ данных эксперимента «Троицк ню-масс» по измерению массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития. Несмотря на простую физическую идею, этот эксперимент является

С учетом всего перечисленного окончательный электронный спектр можно представить в следующем виде:
М(Е)йЕ = тг, Е)(Е + те)р(Е0 - Е)2 II - —~—Е, при Е0-Е>т„
V (Ео~Е)
М(Е)(1Е = 0, приЕ0-Е<т1
где Е - энергия электрона, т„ - квадрат массы нейтрино (обязан быть положительным), Е0 - граничная энергия бета-спектра (точка, где он бы оканчивался, если бы масса нейтрино была бы равна нулю), р - импульс электрона, те - масса электрона, К - некоторая нормировочная константа.
Удобным способом представления спектра бета-распада является так называемый график Кюри:
ЩР) р1Е(г,Е)
е = 4 (3.1.14)
В отсутствие массы нейтрино график Кюри выглядит как прямая. Согласно (3.1.9), при наличии ненулевой массы нейтрино, его можно выразить следующим образом:
/ ( 2
1- ту
V [Ео-Е)
(3.1.15)
Формы энергетического спектра и графика Кюри для различных значений масс нейтрино приведены на Рис. 12.