中微子实验探测进展

1、1中微子实验探测进展中微子探测原理中微子探测技术中微子实验小结和展望2諾贝尔 2002年物理奖 50% 是 n 天文物理 : Ray. Davis Jr. (U. Penn) : 经典的“氯” 的实验 小柴昌俊 (东京大学) : Kamiokande & SuperK(神岗)50% to Riccardo Giacconi, in X-Ray Astronomy3中微子研究是重大前沿课题中微子充满宇宙,很有可能是暗物质的一种.对宇宙而言,中微子是举足轻重的重要成份中微子是微观世界最基本的单元之一.虽然质量最小,作用最弱,但对粒子物理发展的影响则是巨大的.中微子又是极为特殊的物理探针.它可以将几

2、万光年以外星体的信息带到地球,也可以将太阳内部的信息传递给人类.因此,中微子物理是当前基本粒子物理, 宇宙学和天体物理的重要前沿课题.她既 关系到微观粒子结构和相互作用,又关系 到宏观宇宙的起源演化,它既是研究的微 观对象,又是研究宏观世界的独特工具,她 在两个截然不同的世界里却扮演着了非 同小可的角色,是联系着两个世界的重要 纽带.4和光子一样多的中微子: 300/cc来自太阳 , 超新星, 宇宙线, 反应堆, 加速器, 大气层,地球 & 大爆炸遗迹中微子的来源可观测区5 中微子探测原理 1. CC带电流反应: n +pl+n ne+pe+n nm+ p m- + n ; nm+Nm-+X(

3、shower) 2. NC中性流反应 nm+N nm +X(shower) 3. n与核子的非弹性散射 ne+(A,Z)e+(A,Z-1) 4.中微子电子散射反应 ne+ e ne+ e 6中微子反应截面对中微子实验的挑战 : “如何应对如此小的截面 ?”需要 建立大规模的探测器， 但要低本底，低成本!StrongElectro-magneticWeak l(H2O) 250 光年! En 1015 eV, L地球的直径 7 0.1-1 keV中微子:R&D: 低温探测技术 keV-MeV 中微子:最早使用: 辐射化学技术 (太阳中微子Cl, Ga) ne+nXnY*R&D : 发展实时+能量

4、测量的方法 正在进行: 闪烁晶体, 固体探测器 ne+ e e + ne MeV-GeV中微子:正在进行: 水Cherenkov探测器，液体闪烁计数器 GeV-TeV中微子: 很早使用: 高能物理实验探测系统 天体物理超高能(UHE)中微子:重大项目: 水/冰 Cherenov, 电磁波/声波, 宇宙线大气簇射. 探测技术8辐射化学实验从30 吨靶(1029个原子)中tons的抽取30个原子 GALLEX: ne+71Ga71Ge, 探测 71Ge 的X-rays9大规模探测器中探测技术:Cherenkov 辐射探测E. Kearns, BUPermits oneSensor to seeAr

5、ea of 2atten10Super-Kamionkande 水 Cerenkov 探测器: 5万吨 , 11,000+ 只直径半米的 PMTs 日本中部 神岗1000 m 的地下s 物理: 太阳 n, 大气 n , 长基线加速器 n, 质子衰变 . 重大事故(PMTs 爆裂) 损坏7000PMTs，今年底50% PMTs取数 !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 探测器（Sudbury 中微子实验） 重水Cerenkov 探测器: 1千吨重水, 7千吨屏蔽水， 9456 只PMTs在 2000 m 地下. 物理: 太阳 n 15Actual measurements : only detect e- (a burst of light) : deconvolute the channels16探测 ne的“Reines 反应” : ne+pe+n 探测 e+ 和 延迟的 n-俘获 液体闪烁体（含质子的靶）探测器 Discovery of Neutrinos , Reines 19561

7、7KamLAND 长基线 反应堆 n (对世界 20% 反应堆的中微子灵敏 !) 平均距离160 km 1 千吨液体闪烁体在神岗山洞内 探测太阳 n 还没有物理结果 (批准刚 5 年!) 18 加速器n (1-10 GeV) 实验 : 典型的高能物理实验技术- m 径迹探测 , 对电子或强子的簇射量能器 CC: nm+Nm-+X(shower) NC: nm+N nm +X(shower)19CHORUSNOMAD20 Charm 探测器21MINOS探测器22MUON储存环中微子工厂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用核乳胶直接观测 nt nN Interaction EmulsionField of View : 100 mmX120 mm Events from DONUTFermiLabnt24可见光 Cherenkov中微子望远镜实验目标: 探测天体物理 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 望远镜South PoleIceCubeAMANDA 探测高能 (1012-1015 eV) ns26电磁波 Chenrenkov 探测器 : for 1015 eV neutrinos; target- Moon, Antartic Ice, Salt mine 27En 1015 eV : 利用地球山峰做耙 的实验28En 1019 eV: 从太空观测Cherenkov或荧光