авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Изучение солнечных 7be-нейтрино в эксперименте борексино

-- [ Страница 1 ] --

Российский научный центр «Курчатовский институт»

На правах рукописи

ЛИТВИНОВИЧ Евгений Александрович

ИЗУЧЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ 7Be-НЕЙТРИНО

В ЭКСПЕРИМЕНТЕ БОРЕКСИНО

01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Российском научном центре

«Курчатовский институт»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Скорохватов Михаил Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Роганова Татьяна Михайловна

(НИИЯФ им. Д. В. Скобельцына)

кандидат физико-математических наук

Мальгин Алексей Семенович

(ИЯИ РАН)

Ведущая организация: ПИЯФ им. Б. П. Константинова РАН

Защита состоится « 30 » сентября 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 520.009.03 в Российском научном центре «Курчатовский институт» по адресу: Москва, 123182, пл. академика Курчатова, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ «Курчатовский институт».

Автореферат разослан «______»_________________ 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор физико-математических наук А. Л. Барабанов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Детектирование нейтрино с энергиями E < 1-2 МэВ сопряжено с экспериментальными трудностями, которые обусловлены малостью сечений взаимодействий нейтрино, а также тем, что энергии нейтрино лежат в области естественной радиоактивности материалов и веществ, применяемых в детекторах. По этой причине, чувствительность экспериментов к детектированию низкоэнергетических нейтрино определяется уровнем фоновой загрузки и массой мишени детектора. Для выделения эффекта над фоном требуется привлечение высокоэффективных методов очистки материалов от радиоактивных примесей и высокая степень защиты детектора от космического излучения. В больших сцинтилляционных детекторах внедрение в анализ данных методов пространственной реконструкции событий позволяет выделить в мишени внутренний чувствительный объем, защищенный от фоновой активности ФЭУ и конструкционных материалов дополнительным слоем сцинтиллятора.

До сих пор нейтрино от Солнца с энергиями меньше 1-2 МэВ регистрировались только радиохимическими детекторами. Недостаток радиохимических методов заключается в том, что детекторы способны регистрировать лишь интегральный поток нейтрино выше энергетического порога реакции. Информация о реакции на Солнце, в которой образуются регистрируемые радиохимическими детекторами нейтрино, неизвестна. В отличие от радиохимических экспериментов, водные черенковские детекторы являются т.н. детекторами прямого счета и дают информацию об энергетическом спектре и направлении прилета нейтрино, однако все они имеют высокий порог регистрации (~2.25 МэВ), обусловленный слабостью черенковского сигнала при меньших энергиях и высоким уровнем фона.



Все имеющиеся экспериментальные данные по солнечным нейтрино указывают на проявление «дефицита» нейтрино от Солнца (загадка солнечных нейтрино). К настоящему времени получены веские доводы в пользу существования переходов нейтрино из одного флейворного состояния в другое (нейтринные осцилляции). Данные эксперимента KamLAND указывают на то, что параметры нейтринных осцилляций лежат в области больших углов смешивания (LMA – Large Mixing Angle) [1]. Согласно LMA-решению теории нейтринных осцилляций, при энергиях нейтрино больше 4-5 МэВ преобладающим механизмом переходов нейтрино из одного флейворного состояния в другое являются осцилляции в веществе Солнца (эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна или МСВ-эффект), а при энергиях меньше 1-2 МэВ преобладают вакуумные осцилляции [2]. Таким образом, детектирование нейтрино от Солнца в низкоэнергетической области позволило бы осуществить наглядную проверку теории нейтринных осцилляций.

В органических сцинтилляторах, которые обладают высоким световыходом, возможно детектирование нейтрино с энергиями меньше 1 МэВ по (e)-рассеянию. Преимущества рассеяния нейтрино на электроне перед другими реакциями взаимодействия нейтрино заключаются в чувствительности реакции ко всем сортам нейтрино и отсутствии энергетического порога. Однако, как уже отмечалось выше, ввиду высокого уровня фоновой активности в низкоэнергетической области, сцинтилляционный метод детектирования (e)-рассеяния требует беспрецедентной радиационной чистоты сцинтиллятора и материалов конструкции детекторов. Эти задачи впервые удалось решить в рамках проекта Борексино, который имеет основной целью детектирование в режиме реального времени и определение потока солнечных 7Be-нейтрино с энергией E = 0.862 МэВ.

Измерение потока бериллиевых нейтрино от Солнца позволит согласовать Стандартную солнечную модель с накопленными к настоящему времени экспериментальными наблюдениями солнечных нейтрино и систематизировать имеющиеся знания в области теории звездной эволюции. Кроме того, измерение потока бериллиевых нейтрино с точностью 3-5% позволило бы уменьшить неопределенности потоков нейтрино, которые образуются на Солнце в других реакциях [3]. В частности, может быть значительно уменьшена теоретическая неопределенность потоков нейтрино от CNO-цикла, который играет главную роль в звездах, массивнее Солнца. При помощи точных измерений потока бериллиевых нейтрино может быть разрешен важный для ядерной астрофизики вопрос о распространенности на Солнце тяжелых элементов.

Цель работы

1. Детектирование в режиме реального времени солнечных 7Be-нейтрино с энергией E = 0.862 МэВ, испускаемых в процессе захвата электрона из солнечной плазмы ядром бериллия: 7Be(e,e)7Li.

2. Экспериментальное определение потока моноэнергетических бериллиевых нейтрино от Солнца.

3. Определение вероятности электронным солнечным нейтрино от 7Be с энергией E = 0.862 МэВ остаться электронными Pee (вероятность выживания).

Новизна, научная и практическая ценность работы

1. Впервые создан детектор, способный регистрировать нейтрино от Солнца и других источников с порога ~60 кэВ в режиме реального времени.

2. Достигнутый уровень р/а чистоты детектора Борексино является рекордно высоким для экспериментальных установок такого класса.

3. Впервые в режиме реального времени осуществлено детектирование солнечных 7Be-нейтрино с энергией E = 0.862 МэВ по реакции рассеяния на электронах атомов сцинтиллятора. До сих пор нейтрино от Солнца с энергиями меньше 1 МэВ регистрировались только радиохимическими детекторами, которые не давали информации об энергетическом спектре нейтрино.

4. Впервые измерен поток 7Be-нейтрино от Солнца, в т.ч. с учетом эффекта нейтринных осцилляций с параметрами в области больших углов смешивания (LMA).

5. Полученные результаты представляют интерес с точки зрения физики слабых взаимодействий и изучения свойств нейтрино, физики за пределами Стандартной модели электрослабых взаимодействий (теория нейтринных осцилляций), Стандартной солнечной модели и теории звездной эволюции.

6. Разработанные в рамках проекта Борексино технологии очистки жидкостей и газов до рекордно низких концентраций р/а примесей могут быть использованы в любых отраслях промышленности, требующих применения сверхчистых веществ, в индустрии наноматериалов, при производстве электронных компонент нового поколения, фармацевтике и т.д.

Личный вклад автора

Автором разработаны метод восстановления пространственных координат событий внутри сцинтилляционной мишени Борексино, метод восстановления энергии событий. Автор применил эти методы в процессе анализа данных детектора, в т.ч. данных, полученных во время калибровок детектора р/а источниками.

Автор исследовал особенности работы процедур восстановления пространственно-временных и энергетических характеристик событий, изучил особенности светособирания и энергетической шкалы детектора.

Автором проведено изучение фоновых характеристик детектора Борексино. Численно изучены составляющие собственного и наведенного внешними источниками фона. Осуществлено систематическое наблюдение за стабильностью фоновых условий детектора.

Автор провел анализ данных Борексино на предмет выявления событий, связанных с пучком мюонных нейтрино из ЦЕРН в подземную лабораторию Гран-Сассо.

Автор принимал участие в монтаже, подготовке к запуску и проведении эксперимента Борексино и его прототипа – CTF, сборе, накоплении и систематическом анализе экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

1. Метод восстановления пространственных координат событий внутри сцинтилляционной мишени Борексино.

2. Метод восстановления энергии событий.

3. Результаты анализа калибровочных данных Борексино, в т.ч. при помощи разработанных методов.

4. Результаты анализа фоновых условий Борексино, в т.ч. в области энергий бериллиевых нейтрино от Солнца.

5. Определение скорости счета бериллиевых солнечных нейтрино по результатам анализа энергетического спектра детектора в низкоэнергетической области.

6. Определение вероятности электронным нейтрино от Солнца с энергией E = 0.862 МэВ остаться электронными Pee.

7. Определение потока солнечных нейтрино от 7Be, в т.ч. в предположении о существовании нейтринных осцилляций с параметрами в области LMA.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались автором и другими членами коллаборации Борексино на международных конференциях и семинарах, в т.ч. на следующих:

1. TAUP (Topics on Astroparticle and Underground Physics), Сендаи, Япония (2007).

2. Научная сессия-конференция РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», Москва, Россия (2007).

3. NO-VE 2008 (Neutrino Ocsillations in Venice), Венеция, Италия (2008).

4. Physics of Massive Neutrinos, Милос, Греция (2008).

5. XV Международный семинар по физике высоких энергий «Кварки-2008», Сергиев Посад, Россия (2008).

6. Heavy Quarks and Leptons, Мельбурн, Австралия (2008).

7. НЕЙТРИНО-2008, Кристчёрч, Новая Зеландия (2008).

8. Байкальская летняя школа по астрофизике и физике элементарных частиц, пос. Большие Коты (Иркутская обл.), Россия (2008).

9. NOW (Neutrino Oscillation Workshop), Отранто, Италия (2008).

10. PANIC (Particles And Nuclei International Conference), Эйлат, Израиль (2008).

11. Neutrino Telescopes, Венеция, Италия (2009).

12. NuGoa-2009, Гоа, Индия (2009).

Автор является лауреатом Курчатовского конкурса среди молодых научных сотрудников и инженеров-исследователей за 2005 г., лауреатом конкурса на соискание премии им. Курчатова в области научных исследований за 2006 и 2008 гг.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, список которых приводится в конце автореферата.

Объем и структура диссертации

Основной текст диссертации изложен на 115 страницах и состоит из введения, четырех глав и заключения. В тексте содержится 33 рисунка и 9 таблиц. Список цитированной литературы состоит из 81 наименований.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении формулируются цели работы, обосновывается актуальность проблемы детектирования бериллиевых нейтрино от Солнца.

В первой главе обсуждаются механизмы генерации энергии Солнцем, рассматривается теория нейтринных осцилляций и рассеяние нейтрино на электроне в Стандартной модели электрослабых взаимодействий – процесс, который лежит в основе детектирования нейтрино от Солнца в эксперименте Борексино. Приводятся результаты вычислений энергетического спектра электронов отдачи для случая рассеяния 7Be солнечных нейтрино.

Согласно Стандартной солнечной модели (ССМ), слияние протонов в центральных областях Солнца более чем в 99% случаев инициирует т.н. протон-протонный цикл (pp-цикл) – последовательность ядерных реакций, конечным продуктом которой является гелий. В остальных случаях реализуется т.н. углеродно-азотно-кислородный (CNO) цикл. Общее превращение, происходящее в результате цепочек таких реакций, символически представляется уравнением:

4p + 2e+ + 2e (1)

Полная энергия, выделяющаяся в результате одного конечного превращения (1), составляет ~26.7 МэВ, из которых ~0.6 МэВ уносят нейтрино.

Нейтрино образуются в солнечном ядре в пяти различных ядерных реакциях внутри pp-цикла и трех реакциях внутри CNO-цикла. Энергии всех солнечных нейтрино лежат в области 0 18.8 МэВ, при этом почти 99% нейтрино имеют энергии меньше 1 МэВ. В табл. 1 приведены значения потоков солнечных нейтрино для реакций pp- и CNO-циклов, рассчитанные в рамках ССМ, и их неопределенности [4]. Как следует из таблицы, неопределенность предсказания потока 7Be-нейтрино составляет на сегодняшний день 6%.

Табл. 1. Потоки солнечных нейтрино для реакций pp- и CNO-циклов, рассчитанные в рамках ССМ, и их неопределенности [4].

Реакция на Солнце Энергия e, МэВ Поток e, см-2 с-1 %,
pp p + p d + e+ + e < 0.420 5.97 1010 0.6
pep p + e + p d + e 1.442 1.41 108 1.1
hep 3He + p 4He + e+ + e < 18.773 7.90 103 15
7Be e + 7Be 7Li + e 0.862 (90%) 0.384 (10%) 5.07 109 6
8B 8B 8Be* + e+ + e < 14.06 5.94 106 11
13N 13N 13C + e+ + e < 1.20 2.88 108 15
15O 15O 15N + e+ + e < 1.73 2.15 108
17F 17F 17O + e+ + e < 1.74 5.82 106






Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.