Поиск ν м - ν е осцилляций в эксперименте NOMAD

• Автор: Красноперов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б. м.
• Количество страниц: 229 с. : ил

Аннотация
NOMAD - это эксперимент по поиску осцилляций нейтрино vß —> vT и vß —> ve в пучке vß от ускорителя SPS в CERN. Интерес к осцилляциям связан с гипотезой существования ненулевых масс нейтрино и смешивания их поколений.
Диссертация описывает поиск осцилляций vß —> vE на основе всей совокупности данных эксперимента NOMAD, накопленных в течение четырех лет (1995-1998 гг.) его функционирования. Поиск появления ve осуществлен по изучению взаимодействий по каналу заряженного тока (СС) в детекторе NOMAD. Подробно описан отбор взаимодействий ve СС и СС с помощью алгоритмов идентификацией частиц в под-дстекторах установки и кинематики взаимодействий СС.
Показано, что эксперимент NOMAD чувствителен к области предпочтительных параметров осцилляций эксперимента LSND при разнице квадратов масс превышающей 10 эВ2/с4.
На основе данных 1995 г. установлен верхний предел на вероятность осцилляций на 90 % уровне достоверности: P{vß —» ve) < 2.65 ■ 10~3, соответствующий sin2 2© < 5.3 • 10_3 при больших Ат.2, и Ат2 < 0.79 эВ^/с* при полном смешивании.

А. В. Красноперов

Предисловие к русском переводу

Данная работа является переводом на русский язык диссертации [1] на соискание степени Доктора философии Савойского университета (Шамбери, Франция) по специальности “Физика частиц”. Диссертация была написана на французском языке и представлена к защите 26 июня 2000 года в Лаборатории Физики Частиц Аннси-ле-Вьё (LAPP) во Франции. Работа над диссертацией проводилась в рамках соглашения по Международному сотрудничеству в области Образования и Исследований между Объединенным Институтом Ядерных Исследований (ОИЯИ, Дубна), Лабораторией Физики Частиц Аннси-ле-Вьё и Лабораторией ядерной физики и физики высоких энергий (Париж) при финансовой поддержке Министерства Народного образования, Исследований и Технологии Франции с одной стороны, и ОИЯИ - с другой.
Диссертация посвящена поиску осцилляций нейтрино по каналу vfL —> ve в эксперименте NOMAD (Neutrino Oscillation in MAgnetic Detector), проводимом в Европейском Центре Ядерных Исследований (CERN).
Структура русской версии диссертации полностью совпадает с французской версией, но представленный перевод не является дословным. При переводе диссертация была существенно переработана с целью лучшего объяснения деталей анализа данных. Однако, внесенные изменения касаются только изложения текста и не затрагивают самого анализа. Кроме того, следует отметить, что в настоящий момент физика массивных нейтрино и физика осцилляций нейтрино являются наиболее динамично развивающимися областями физики элементарных частиц. Экспериментальные результаты, цитируемые в первой главе этой диссертации, соответствуют началу лета 2000 года, и в настоящее время (осень

2001 года) часть из них претерпела существенные изменения.
К моменту защиты диссертации автору была доступна только часть экспериментальных данных эксперимента NOMAD. В работе был поставлен верхний предел на параметры -о ve осцилляций на основе данных 1995 года. Результаты поиска осцилляций, в том числе по каналу —> ие, основанные на всей статистике эксперимента NOMAD, накопленной за 4 года (1995-98 гг.) набора данных, приведены в приложении к русскому переводу.
В заключении, автор хотел бы выразить свою признательность д.ф.-м.н., профессору Бунятову С. А., д.ф.-м.н., профессору Батусову Ю. А., к.ф.-м.н. Попову Б. А. и к.ф.-м.н. Нефедову Ю. Л. за прочтение этой работы и ряд высказанных критических замечаний, которые были учтены в заключительной версии перевода. Автор благодарен Дирекции Лаборатории Ядерных Проблемм (ЛЯП) ОИЯИ в лице директора ЛЯП, д.ф.м.н., профессора Русаковича Н. А. за материальную поддержку, оказанную за время работы над этой рукописью.

Глава 1. Физика нейтринс
была исключена в эксперименте на исчезновение йе (Рис. 1.12(a)). Результат Kamiokande не может быть, таким образом, интерпретирован как осцилляции Си і'е- Сравнение спектров позитронов из взаимодействий нейтрино от двух различных реакторов значительно ограничило область предпочтительных параметров Kamiokande (Рис. 1.12(6)).
1.4.6 Планируемые эксперименты
Гипотеза осцилляции нашла подтверждение в экспериментах с атмосферными и солнечными нейтрино, и в эксперименте LSND. Эти эксперименты наблюдают осцилляции по разным каналам, часто с несовместимыми параметрами. Полученные результаты требуют дополнительной проверки.
В настоящее время для проверки наличия осцилляций солнечных и атмосферных нейтрино планируется проведение (или уже начат набор данных) нескольких экспериментов7 с использованием наземных источников. Увеличение расстояния детектор-источник и снижение энергии нейтрино делает их чувствительными к разницам квадратов масс доступным ранее только в экспериментах Kamiokande и Super-Kamiokande (Рис. 1.13).
В марте 1999 г. был начат набор данных в эксперименте К2К [91]. К2К регистрирует “исчезновение” нейтрино с помощью двух детекторов. Один из них измеряет поток непосредственно вблизи нейтринного источника, сконструированного на протонном ускорителе КЕК. Этот же поток измеряется на расстоянии 250 км от источника в другом детекторе - Super-Kamiokande. Аналогичная методика будет использована в эксперименте MINOS [92], главный детектор которого уже сооружается в шахте Судан. Он будет регистрировать изменение потока мюонных нейтрино на расстоянии 730 км от источника в FERMILAB’e. В свою очередь, в CERN’e была принята программа поиска появления таонных нейтрино в пучке isfL . Нейтринный пучок из CERN’a направляется в сторону подземной лаборатории Grand Sasso (расстояние 732 км), в которой будут уста7Обзор будущих экспериментов по поиску осцилляций на ускорителях и реакторах на больших расстояниях может быть найден в [90].