Исследование осцилляций нейтрино в реакторных экспериментах

• Автор: Синёв, Валерий Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : 42 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ПОИСКИ И ОТКРЫТИЕ НЕЙТРИННЫХ ОСЦИЛЛЯЦИЙ

§1. Загадка солнечных нейтрино и гипотеза осцилляций нейтрино

1.1. Хлор-аргоновый эксперимент

1.2. Галлий-германиевый эксперимент

1.3. Гипотеза нейтринных осцилляций

§2. Поиски и обнаружение нейтринных осцилляций

на ядерных реакторах

2.1. Эксперименты на близких расстояниях от реактора

2.2. Эксперимент на далеком расстоянии от реактора

§3. Аномалия атмосферных нейтрино. Осцилляции атмосферных
нейтрино
3.1. Эксперимент Kamiokande
3.2. Эксперимент SuperKamiokande
3.3. Ускорительные эксперименты
ГЛАВА II. ФЕНОМЕНОЛОГИЯ ОСЦИЛЛЯЦИЙ НЕЙТРИНО
§1. Осцилляции в случае трёх типов
§2. Осцилляции в веществе
§3. Подтверждение феноменологической теории осцилляций
в потоке солнечных нейтрино
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ПОИСКУ УГЛА СМЕШИВАНИЯ (9,з НА ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ. ОТКРЫТИЕ УГЛА СМЕШИВАНИЯ <9,з
§1. Красноярск
§2. Double Chooz
2.1. Место расположения эксперимента
2.2. Детектор
2.3. Фоны детектора
2.4. Результат измерений

§3.DayaBay

ГЛАВА IV. ПОИСКИ СТЕРИЛЬНЫХ НЕЙТРИНО
§ 1. Эксперименты на ускорителях на близких расстояниях
§2. Необычный результат калибровки детекторов солнечных
нейтрино
§3. Совместный анализ реакторных экспериментов
§4. Новый расчет спектров антинейтрино делящихся изотопов
§5. Проекты экспериментов по поиску стерильных нейтрино
ГЛАВА V. МЕТРОЛОГИЯ В РЕАКТОРНОЙ НЕЙТРИННОЙ ФИЗИКЕ
§ 1. Энергия на акт деления
§2. Спектр антинейтрино ядерного реактора
ГЛАВА VI. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ НЕЙТРИННЫХ
ПОТОКОВ
§1. Геонейтрино, геореактор и реакторные антинейтрино
§2. Нейтрино от сверхновых
§3. Диффузный фон реликтовых нейтрино
§4. Солнечные нейтрино
§5. Конструкция детектора на Баксане
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования и степень разработанности проблемы нейтринных осцилляций
Нейтрино - одна из самых загадочных и трудноуловимых частиц

существование было предсказано В. Паули в 1920 году [1] для объяснения немонохроматического спектра бета-частиц. Впервые она была зарегистрирована в 1953 году, через 30 лет после теоретического предсказания группой Ф. Райнеса [2].
Позднее было открыто, что есть два разных типа нейтрино: одно рождается в ß', другое в ß+ распаде. В опыте Р. Дэвиса в 1955 г. на ядерном реакторе было показано, что это разные частицы [3]. Соответственно, они были названы нейтрино и антинейтрино. Во время бурного развития физики частиц (вторая половина XX века) были открыты еще два типа, или как сейчас принято говорить, флейвора нейтрино: мюонное и таонное со своими анти партнерами. Всего сейчас известно три активных типа нейтрино: электронное, мюонное и таонное. Как было показано в экспериментах по измерению ширины распада Z0 бозона, только три типа активных нейтрино и должны существовать (2.984 ± 0.008 [4]). Косвенно это подтверждается опытами по поиску нейтринных осцилляций. Было обнаружено существование двух разностей масс квадратов, отличающихся почти на два порядка по величине, что достаточно для существования трех типов нейтрино.
Для изучения нейтрино ядерные реакторы стали использоваться с самого начала экспериментов по поиску этой частицы. Они являются самыми мощными на Земле источниками электронных антинейтрино. Современный ядерный реактор с тепловой мощностью 3 ГВт излучает примерно 6x1020 антинейтрино в секунду. Они удобны для исследования нейтрино, так как

§2. Осцилляции в веществе
При распространении пучка нейтрино в веществе на него воздействует поле электронов, находящихся на пути нейтрино. При этом важным является плотность электронов на пути пучка. Эта электронная плотность изменяет параметры осцилляций таким образом, что может наблюдаться резонансное усиление эффекта осцилляций в средах с переменной плотностью. Такой механизм осцилляций в веществе был предложен С. П. Михеевым и А. Ю. Смирновым и независимо JI. Вольфенстайном [53, 54].
В общем случае вероятность перехода выражается тем же выражением, что и для вакуумных осцилляций, но параметры осцилляций меняются в зависимости от плотности электронов среды. Мы не будем подробно рассматривать эффекты осцилляций в среде, приведем только выражения, как меняются параметры осцилляций. Угол в заменяется на эффективный угол в веществе и Ат также меняется на эффективное значение согласно [52].
sin22#m = , А ті, = Д Ат2, Л = Jsin г2в + (cos г2в + 2v'T£~)
В (15) знак «-» относится к нейтрино, а «+» к антинейтрино
Резонанс достигается при энергии
Ат2 2l2GFNe
(15)
(16)