俄罗斯参加了两个宏伟的国际项目的"中微子竞赛"

俄罗斯参加了两个宏伟的国际项目的"中微子竞赛"

Россия участвует в «нейтринной гонке» двух грандиозных международных проектов
在2020年俄罗斯科学家最重要的成就中,俄罗斯科学院院长亚历山大*谢尔盖耶夫的年度报告指出了作为日本国际T2C实验的一部分进行的"关于中微子振荡中物质和反物质之间对称性违反的新限制"的工作。 俄罗斯科学院核研究所(INR)的代表以及MEPhI和MIPT的学生与来自11国家的同事一起参加了这项工作。 这个结果是如何实现的? 这对科学意味着什么? 现代物理学的重大国际合作是如何运作的? 所有这一切都是由俄罗斯方面的项目经理,俄罗斯科学院核物理研究所高能物理系主任,教授,博士Yuri Kudenko告诉的。

宇宙之谜

Yuri Kudenko说:"中微子物理学是一种非常新的物理学。 -现在,他们正在寻找它无处不在的偏差的行为的不同粒子的预测的标准模型。 我们不需要寻找它们,因为标准模型假设零中微子质量,因此没有中微子振荡。 所以我们已经在研究新的物理学,这是非常鼓舞人心的。"

理论还无法解释的最有趣的谜团之一是宇宙的重子不对称。 它包括这样一个事实,即我们周围的世界有物质,但没有反物质。 反粒子只能在加速器上人工获得。 这种不平衡很可能出现在大爆炸时,只有一个"额外"粒子出现了100亿个配对粒子和反粒子。 对在湮灭(相互破坏)的过程中消失了,我们整个宇宙都是由"多余的"组成的。

基本粒子的标准模型(CM)无法解释这一事实。 近几十年来,出现了一些不适合SM框架的实验数据。 例如,它不能解释非零中微子质量的存在。 1998年中微子质量的发现 它成为日本地下中微子天文台"Super-Kamiokande"工作的主要成果之一,诺贝尔奖获得者Takaaki Kajita最近在他的讲座在俄罗斯Nauka0+节日期间。


照片1。 中微子实验室"Super-Kamiokande"的探测器是一个直径为39m,高度为42m的地下水库,隐藏在1000m深度的岩石地面中,充满了重量为50千吨的特殊净化水。 11146光电倍增管记录了由于中微子与水的相互作用而产生的带电粒子的Cherenkov辐射。

在2002中,成立了一个新的国际合作T2C,INR从一开始就参与其中。 在几年内,j-PARC质子加速器的中微子通道和近中微子探测器被创建并投入运行。 在2010中,一组统计数据开始使用从J-PARC加速器定向到Super-Kamiokande探测器的中微子束,该探测器位于东海295km的距离。 因此,该实验被称为T2K(Tokai-to-Kamioka)。


图。 1. T2C实验的方案。

该项目最重要的结果之一是获得了表明CM预测的另一个重要违反的数据:中微子和antineutrinos属性的不对称性,即所谓的CP不对称性。 认为这是一个既定的事实还为时过早,因此,据说只是关于表明违反对称性,但在这项研究的过程中,已经获得了关于这种效应存在的非常严重的数据。

"中微子物理学很好–没有人知道哪里会跳出来–"Yuri Kudenko说。 -它已经发生了不止一次。 例如,没有人预料到在2011年,当我们打开我们的实验的数据,我们会发现一个大的影响的振荡的μ子中微子变成电子中微子。 很难相信。"

在取得这一成就的道路上必须克服许多困难。

强度测试

T2C合作建立装置的工作始于2005年,持续了大约五年。 INR在应用程序形成阶段进入该项目,即他成为其联合创始人之一。 实验由三个主要部分组成(见图). 1):巨大的,直径39米,高42米,地下中微子天文台"Super-Kamiokande",J-PARC加速器,它形成了一束中微子和antineutrinos,以及近探测器,它位于距离加速器约20米280米的深度。 根据近和远探测器处中微子束的特性和组成的差异,确定振荡的参数,即从加速器到远探测器"Super-Kamiokande"途中各种类型中微子的相互变换。 你可以从这些振荡中学到很多关于中微子的性质。

"职责被划分–"尤里Kudenko说。 -每个国家都必须为实验做出物质贡献。 例如,欧洲核子研究中心为近探测器提供了一个重约1000吨的磁铁。 这就是诺贝尔奖获得者卡洛*鲁比亚用来发现w玻色子的磁铁。 它被清除了铁锈,涂上了油漆,并进入了工作状态."

俄罗斯与其他国家的同事一起在该项目中制造了近探测器,来自INR的专家与来自美国的同事的份额下降到制造安装在磁轭中的闪烁探测器。


照片2。 INR RAS和Uniplast LLC(Vladimir)制造的Muon探测器用于t2k实验的近中微子探测器。

每个国家都必须为其部分工作找到自己的资金。 俄罗斯部分由2,250个探测器(加上大约250个备用探测器)组成(见图2),如果我们只考虑制造成本,成本约为120万美元,如果我们考虑到所有费用,包括专家报酬,交通和旅行费用,则为200万美元。

在2009中,近探测器已经准备就绪,在2010中,开始使用中微子束进行测量,在2011中,协作正在等待强度的严重测试,并且从字面意义上讲:3月11,发生了日本东部大

"我们的员工在日本遇到了地震,"Yuri Kudenko说。 -他们被紧急情况部用运输机带到哈巴罗夫斯克。 那天我们刚刚举行了一个关于实验状况的研讨会,研讨会结束后我就应该飞往日本,但是当我已经到达谢列梅捷沃时,日本人设法联系了我们,告诉我不要飞,因为那里是地狱。 即使两三个月后,一切都在那里结束,不可能在某个地方开车,沥青扭曲,屋顶被拆除,窗户被打破。 食堂被损坏,又有两年的人被带到传统包装的食物-obento,但首先J-PARC的管理层决定恢复实验装置,所有员工都同意。"

对探测器的安全性也有很大的担忧。 房间里的电脑从桌子上掉下来坠毁了。 在20米深的地方发生了什么? 我需要检查一下。 几个月来,有一个关于如何推开并固定重达一千吨的磁铁的一半的讨论。 这是危险的,因为震颤继续。 只有在秋季才有可能提供安全访问设备。


照片3。 ND280近探测器,它位于一个大约20米深的轴,有封闭的磁铁半(左)和一个开放的磁铁(右)。

"我们进行了检查,开始打开它,每个人都感到惊讶–所有探测器都幸存下来,没有一个被损坏,一切都做得如此高效,"Yuri Kudenko说。 –我们一开始很惊讶,然后为我们的工作感到非常自豪。"

实验继续进行。 有一组统计数据。 INR科学家与从事数据分析的同事一起。 为此,由协作的参与者组成小组,他们承担了某些任务。 这些团体的组建是以"自愿-强制的方式"进行的,即一方面应人们的要求,另一方面分配力量,使工作向各个方向进行。

科学民主

一般来说,大型国际合作如何在现代科学中发挥作用的问题本身非常有趣。 如何能够实现来自不同国家的数百名科学家的协调和有效的工作?

T2K层级的最高层是两位联合主席,其中一位必须是日本人,第二位必须代表对该项目做出关键贡献的国家之一。 例如,现在它是瑞士的代表。 与此同时,两位联合主席每两年以无记名投票方式选出,合作的所有授权成员都参加。

Yuri Kudenko说:"有趣的是,现在一名女性担任日本联合主席一职,这对这个国家来说是非常罕见的情况,尽管所有最新的趋势都是如此。"