中微子實驗探測進展

1、1中微子實驗探測進展中微子探測原理中微子探測技術中微子實驗小結和展望2諾貝爾 2002年物理獎 50% 是 n 天文物理 : Ray. Davis Jr. (U. Penn) : 經典的“氯” 的實驗 小柴昌俊 (東京大學) : Kamiokande & SuperK(神崗)50% to Riccardo Giacconi, in X-Ray Astronomy3中微子研究是重大前沿課題中微子充滿宇宙,很有可能是暗物質的一種.對宇宙而言,中微子是舉足輕重的重要成份中微子是微觀世界最基本的單元之一.雖然質量最小,作用最弱,但對粒子物理發(fā)展的影響則是巨大的.中微子又是極為特殊的物理探針.它可以將幾

2、萬光年以外星體的信息帶到地球,也可以將太陽內部的信息傳遞給人類.因此,中微子物理是當前基本粒子物理, 宇宙學和天體物理的重要前沿課題.她既 關系到微觀粒子結構和相互作用,又關系 到宏觀宇宙的起源演化,它既是研究的微 觀對象,又是研究宏觀世界的獨特工具,她 在兩個截然不同的世界里卻扮演著了非 同小可的角色,是聯(lián)系著兩個世界的重要 紐帶.4和光子一樣多的中微子: 300/cc來自太陽 , 超新星, 宇宙線, 反應堆, 加速器, 大氣層,地球 & 大爆炸遺跡中微子的來源可觀測區(qū)5 中微子探測原理 1. CC帶電流反應: n +pl+n ne+pe+n nm+ p m- + n ; nm+Nm-+X(

3、shower) 2. NC中性流反應 nm+N nm +X(shower) 3. n與核子的非彈性散射 ne+(A,Z)e+(A,Z-1) 4.中微子電子散射反應 ne+ e ne+ e 6中微子反應截面對中微子實驗的挑戰(zhàn) : “如何應對如此小的截面 ?”需要 建立大規(guī)模的探測器， 但要低本底，低成本!StrongElectro-magneticWeak l(H2O) 250 光年! En 1015 eV, L地球的直徑 7 0.1-1 keV中微子:R&D: 低溫探測技術 keV-MeV 中微子:最早使用: 輻射化學技術 (太陽中微子Cl, Ga) ne+nXnY*R&D : 發(fā)展實時+能量

4、測量的方法 正在進行: 閃爍晶體, 固體探測器 ne+ e e + ne MeV-GeV中微子:正在進行: 水Cherenkov探測器，液體閃爍計數器 GeV-TeV中微子: 很早使用: 高能物理實驗探測系統(tǒng) 天體物理超高能(UHE)中微子:重大項目: 水/冰 Cherenov, 電磁波/聲波, 宇宙線大氣簇射. 探測技術8輻射化學實驗從30 噸靶(1029個原子)中tons的抽取30個原子 GALLEX: ne+71Ga71Ge, 探測 71Ge 的X-rays9大規(guī)模探測器中探測技術:Cherenkov 輻射探測E. Kearns, BUPermits oneSensor to seeAr

5、ea of 2atten10Super-Kamionkande 水 Cerenkov 探測器: 5萬噸 , 11,000+ 只直徑半米的 PMTs 日本中部 神崗1000 m 的地下s 物理: 太陽 n, 大氣 n , 長基線加速器 n, 質子衰變 . 重大事故(PMTs 爆裂) 損壞7000PMTs，今年底50% PMTs取數 !1112SK 5 MeV e-ring from ne+e scatteringThe Sun IS Burning !13SK sub-GeV events from atmospheric n interactionsm-ring from nmNe-ring

6、from neNNC events with p0 2g14SNO 探測器（Sudbury 中微子實驗） 重水Cerenkov 探測器: 1千噸重水, 7千噸屏蔽水， 9456 只PMTs在 2000 m 地下. 物理: 太陽 n 15Actual measurements : only detect e- (a burst of light) : deconvolute the channels16探測 ne的“Reines 反應” : ne+pe+n 探測 e+ 和 延遲的 n-俘獲 液體閃爍體（含質子的靶）探測器 Discovery of Neutrinos , Reines 19561

7、7KamLAND 長基線 反應堆 n (對世界 20% 反應堆的中微子靈敏 !) 平均距離160 km 1 千噸液體閃爍體在神崗山洞內 探測太陽 n 還沒有物理結果 (批準剛 5 年!) 18 加速器n (1-10 GeV) 實驗 : 典型的高能物理實驗技術- m 徑跡探測 , 對電子或強子的簇射量能器 CC: nm+Nm-+X(shower) NC: nm+N nm +X(shower)19CHORUSNOMAD20 Charm 探測器21MINOS探測器22MUON儲存環(huán)中微子工廠ne & nm + anti-ns, control & selectableintense sourcekn

8、own spectra precision measurements of Dm2 and ijsearch of CP violationneed O(1000 km) baselineBIG projects !23用核乳膠直接觀測 nt nN Interaction EmulsionField of View : 100 mmX120 mm Events from DONUTFermiLabnt24可見光 Cherenkov中微子望遠鏡實驗目標: 探測天體物理 n at 1012-1015 eV NESTOR Pylos, Greece ANTARESLa-Seyne-sur-Mer,

9、France BAIKAL RussiaDUMAND Hawaii (cancelled 1995) AMANDA, South Pole, AntarcticaNEMOCatania, Italy25IceCube km3 n 望遠鏡South PoleIceCubeAMANDA 探測高能 (1012-1015 eV) ns26電磁波 Chenrenkov 探測器 : for 1015 eV neutrinos; target- Moon, Antartic Ice, Salt mine 27En 1015 eV : 利用地球山峰做耙 的實驗28En 1019 eV: 從太空觀測Cherenkov或熒光