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中微子發(fā)送到意大利Gran Sasso實驗室
2010-06-22 |文章來源: | 瀏覽次數:  |

route taaken by neutrinos thru the Earth's crust from cern to GSlab.jpg (29383 字節(jié)) 

  CNGS(CERN neutrinos to Gran Sasso),西歐中心中微子發(fā)送到Gran Sasso的研究項目旨在研究中微子振蕩(左圖)。該項目是考慮了日本神岡探測器所得到的以及其它實驗支持的結果,即在大氣中觀測到的由宇宙線產生的中微子,與理論計算值相比,流量只有不足一半而開展的。

  這一“異常情況”的特點可由中微子振蕩的假說予以解釋,這就是說,一個特定的中微子類型在其從運行到探測器的過程中轉變成另一種中微子類型(例如,μ子型轉為τ型中微子振蕩)。CNGS裝置利用加速器產生的中微子,直接探測這樣的中微子振蕩和確認這一吸引人的假設。

  fig04_p-view inside one of the underground halls at Gran Sasso.jpg (86946 字節(jié))

  CERN SPS加速器產生的束流僅包括μ子型中微子。中微子很少與物質發(fā)生相互作用,因此,這些粒子可以通過不受干擾的地下到達距CERN 730公里的意大利Gran Sasso國家實驗室 。該實驗室1987年成立后,國際合作組在此做過許多實驗,現正準備安裝探測CERN 和LNGS之間的μ子-中微子產生的稀有的τ中微子的探測器(右圖為Gran Sasso的地下大廳)。

  cngs underground structures at cern.jpg (118177 字節(jié))

  CNGS項目在CERN建造一個新的中微子束流設備,不包括在LNGS建造探測器的工作,該設備于2000年9月開始建造,預計2005年獲得第一個束流。 CNGS項目的目的是最大限度地利用CERN現有的基礎設施,向Gran Sasso實驗室方向產生強中微子束流。為證實中微子振蕩存在,重要的是CERN產生的束流必須只包括一種類型的中微子,對CNGS項目來說,即υμ型的中微子。所產生的中微子的能量是這樣選擇的,即Gran Sasso實驗室對中微子因振蕩轉變成υτ的探測進行優(yōu)化?,F行計劃是提供υμ中微子,能量在5-30 GeV 。(左圖為在西歐中心的CNGS地下結構)

  

CNGS.jpg (132013 字節(jié))

  產生υμ中微子束流最普通的方法主要有6步:產生高能質子;把這些質子送到靶上;讓這些質子與靶的原子核對撞,產生次級束流,部分包括p介子和K介子;通過一個磁角系統將p介子和K介子引向實驗(該情況是Gran Sasso方向);讓p介子和K介子在飛行時在真空隧道里衰變。多數情況下,衰變的結果是一個m子,一個υμ中微子。中微子的飛行方向非常接近母粒子p介子或K介子的飛行方向;將束流帶到一個抑制器,該抑制器吸收除中子和μ子之外的所有東西。中微子繼續(xù)向Gran Sasso方向前進,而其它的m子則被一公里內的地球地殼完全吸收。所有產生中微子束流的部件都在隧道里和服務走廊里。 

  CERN現有的全部質子加速器都涉及產生CNGS束流:直線加速器LIL給增強器PSB提供50 MeV的質子,增強器PSB將質子加速到1.4 GeV,然后傳輸到質子同步加速器PS。在質子同步加速器里,質子的能量達到14 GeV,然后被引出并傳輸到超級質子同步加速器SPS。 項目總的經費為7100萬瑞士法郎。由于CERN經費緊缺,該項目所需經費由幾個成員國提供,其中意大利提供4860萬瑞士法郎,其余由比利時、法國、德國、西班牙和瑞士提供。 

  

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