|
А. Кочетков
История SNO проекта Sudbury Neutrino Observatory (SNO) – это новая
обсерватория, которое была создана в Канаде группой ученых из Канады,
Соединенных Штатов Америки и Британии. SNO будет измерять поток, энергию и
направление электронных нейтрино, рожденных на Солнце. Обсерватория так же будет
регистрировать другие типы нейтрино (мюонные нейтрино и тау нейтрино), которые,
если их обнаружить, могут значительно изменить наше существующее понимание
нейтрино, Солнца и развития Вселенной в целом. Составляющие детектора
ФотоумножителиФотоумножители в данном эксперименте (PMTs) – это очень светочувствительные детекторы, способные к регистрации единичных фотонов и генерации электрических импульсов. SNO содержит 10000 таких PMTs, и, таким образом, мы можем набрать статистику фотонов Черенковского излучения, рождающихся в реакциях взаимодействия вещества детектора с нейтрино. Создание данных трубок – очень сложный и трудоемкий процесс, в котором участвовали специалисты из разных стран мира. Тестирование фотоумножителей состояло из водных, вакуумных и механических испытаний. Более чем 10000 трубок были собраны и проверены. Крепление фотоумножителей10000 фотоумножителей должно быть закреплены на 18-метровой сфере, окружающей баллон с тяжелой водой. Эта подвесная система была спроектирована и построена учеными из национальной лаборатории Лоренца-Беркли (Калифорния). Эта система изготовлена из специального сорта нержавеющей стали чтобы предотвратить загрязнение воды. Фотоумножители размещены в пластиковых ячейках, которые объединены в группы. Акриловый баллонТяжелая вода находится в прозрачном акриловом баллоне, имеющем толщину стенок в 5 см. Он, в свою очередь, помещен в обыкновенную воду. Баллон представляет собой сферу с диаметром 12 метров с 8 метровой трубой с диаметром в 2 метра. Труба нужна для наполнения баллона водой или раствором. Установка этого баллона была закончена в ноябре 1997 года.
Вода (H2O & D2O) Системы для нейтральных токовЭффективность процесса со слабым током зависит от эффективности реакции (n,γ). Для дейтерия она около 25% в объеме D2O. В SNO имеется две системы, повышающих эффективность детектирования процесса с нейтральными токами. Пропорциональные счетчики с Гелием-3У 3He очень большое сечение захвата тепловых нейтронов, в результате образуется энергетичная протон-тритонная пара, вызывающая импульс в пропорциональном счетчике. Пропорциональные счетчики (трубки общей длиной 800 м) равномерно размещены (висят на проволоках) в объеме D2O. Так как общий их объем велик, они должны быть изготовлены из ультрачистого материала, в качестве которого берется никель. Содержание урана и тория в них должно быть меньше, чем несколько частей на триллион по весу. Хлористый натрийВ этом варианте в тяжелую воду добавляется более двух тонн хлористого натрия (NaCl). У 35Cl большое сечение захвата тепловых нейтронов, который сопровождается каскадом гамма квантов с максимумом в области 8 МэВ. Эффективность захвата около 83%. Фоном для этого процесса могут быть нейтроны от фото дезинтеграции дейтрона, вызванной в основном гамма квантами с энергиями 2.45 МэВ и 2.63 МэВ от цепочек распада 232Th и 238U. Таким образом соль и вода должны быть очень чистыми. Взаимодействие нейтрино в D2O Для решения проблемы солнечных нейтрино и, в
частности, исследования нейтринных осцилляций необходимы независимые измерения
потоков электронных нейтрино ν F(νμ, ντ) = F(νx) - F(νe) На SNO эти потоки можно измерять используя то обстоятельство, что нейтрино по-разному могут взаимодействовать с тяжелой водой.
Реакции с заряженными токами (CC)νe + d → p + p + e- Когда нейтрино попадает в ядро дейтерия
происходит обмен W-бозоном. В результате нейтрон в дейтерии превращается в
протон, а нейтрино в электрон. Как самый легкий продукт реакции электрон
получает почти всю энергию нейтрино. Его скорость выше, чем скорость света в
воде. Возникающее черенковское излучение регистрируется фото умножителями,
сигналы с которых пропорциональны энергиям нейтрино.
Реакции с нейтральными токами (NC)νx + d → p + n + νx В этой реакции происходит обмен Z-бозоном. В результате дейтрон разрушается,
а освободившийся нейтрон термализуется в результате рассеяния в тяжелой воде.
Затем нейтрон захватывается ядром. Гамма кванты из этой (n,γ)
реакции рассеиваются на электронах, которые в свою очередь генерируют
черенковское излучение, которое регистрируется фото умножителями.
Рассеяние на электронах (ES)e- + νx → e- + νx Этот процесс не специфичен для тяжелой воды. В обычной происходит то же
самое. Рассеяние происходит на всех типах нейтрино, но на электронных нейтрино
оно раз в 6 более вероятно. В конечном состоянии энергия делится между
электроном и нейтрино, поэтому спектроскопическая информация здесь скудная, зато
информация о направлении хорошая. Результаты измеренийПоскольку установка начала свою работу сравнительно недавно, постоянно появляются новые результаты измерений. На момент написания этой работы последними данными являются результаты, полученные за период работы с 26 июля 2001 года до 10 октября 2002 года, всего 254.2 дня. За это время было зафиксировано 3055 событий.
Для наглядности представим результаты обработки данных в графическом виде. На первых трех графиках показаны распределения различных параметров для выбранных событий. СС и ES спектры извлекаются из данных использованных в первых двух графиках. Так же показано распределение посчитанное методом Монте-Карло для CC, ES, NC реакций. Так же для масштабирования использован источник нейтронов. Пунктиром показана сумма всех компонентов. Все показанные события имеют порог Тэфф > 5.5 МэВ и радиус меньше 550 сантиметров.
На этом графике показано весовое распределение для NC, CC, ES реакций, а также внешнего и внутреннего источников нейтронов.
|
__
