Ανιχνευτικές τεχνικές για την εφαρμογή τοπολογικών και κινηματικών κριτηρίων στην έρευνα ταλαντώσεων νμ-->ντ

Abstract

Το αντικείμενο της μίξης και των ταλαντώσεων των νετρίνο έχει αποκτήσει ενδιαφέρον έπειτα από τα πρόσφατα αποτελέσματα πειραμάτων με ηλιακά, ατμοσφαιρικά και νετρίνα από επιταχυντές. Αν τα υπάρχοντα θετικά αποτελέσματα επιβεβαιωθούν, τότε τα νετρίνο δεν θα μπορούν πλέον να θεωρούνται άμαζα. Αυτό θα έχει μεγάλη επίδραση στη Φυσική Υψηλών Ενεργειών μιας και μια μη-μηδενική μάζα νετρίνο μπορεί να σχετίζεται με μία ενεργειακή κλίμακα στην οποία θα εμφανίζονται νέα άγνωστα φαινόμενα. Νετρίνο με μάζα είναι ενδιαφέροντα επίσης και για την Κοσμολογία διότι μπορούν να θεωρηθούν υποψήφια για μέρος ή ολόκληρης της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν. Στο 2002, το μέλλον της φυσικής ταλαντώσεων νετρίνο σε επιταχυντές παρουσιάζεται συναρπαστικό. Τα περισσότερα μεγάλα εργαστήρια Φυσικής Υλικών Ενεργειών στον κόσμο έχουν συμπεριλάβει στον προγραμματισμό τους ένα πρόγραμμα έρευνας σε ταλαντώσεις νετρίνο χρησιμοποιώντας συμβατικές δέσμες προκειμένου να επιβεβαιώσουν ή να διαψεύσουν τους υπάρχοντες ισχυρισμούς για θετικό σήμα. Την ίδια στιγμή νέες ιδέες ως προς την παραγωγή έντονων δεσμών όπως αυτές από δακτυλίους αποθήκευσης μιονίων έλκουν αρκετό ενδιαφέρον ενώ έχουν ήδη ξεκινήσει σχετικές R&D δραστηριότητες. Το πείραμα CHORUS διεξάγει έρευνα σε ταλαντώσεις τύπου νμ → ντ ελέγχοντας γωνίες μίξης της τάξης 10-4 – 10-3 και σε διαφορές μάζας της τάξης 1 – 10eV, μια περιοχή στο χώρο φάσεων των παραμέτρων που είναι ενδιαφέρουσα κοσμολογικά. Το CHORUS υιοθέτησε μια υβριδική τεχνική συνδυάζοντας ηλεκτρονικούς ανιχνευτές και πυρηνικά γαλακτώματα. Η τεχνική των γαλακτωμάτων έχει αποδειχθεί ιδανική για πειράματα νετρίνο σε επιταχυντές όπου εμπλέκεται το ντ. Γι’ αυτό και η τεχνολογία αυτόματης ανάλυσης των γαλακτωμάτων αναπτύσσεται συνεχώς τα τελευταία χρόνια με τα συμμετέχοντα στο CHORUS εργαστήρια να κάνουν αρκετό R&D σε αυτόν τον χώρο. Στο CERN στήθηκε εργαστήριο ανάλυσης γαλακτωμάτων δοκιμάζοντας νέες ιδέες και τεχνολογίες. Σχεδιάστηκαν νέα προηγμένα οπτικά συστήματα προκειμένου να γίνεται η ανάλυση γρηγορότερα και να είναι πιο αποδοτικοί οι αλγόριθμοι εύρεσης και προσαρμογής τροχιών από τους αργυρούς κόκκους στα φύλλα των γαλακτωμάτων. Ένα ευέλικτο σύστημα λήψεως δεδομένων βασισμένο σε επεξεργαστές ψηφιακού σήματος επέτρεψε την πλήρη εκμετάλευση των δυνατοτήτων του οπτικού συστήματος επεκτείνοντας έτσι το πλαίσιο μελέτης της φυσικής από τη χρήση των μικροσκοπίων. Το λογισμικό για τη λειτουργία των μικροσκοπίων και για την ανάλυση των δεδομένων της ανίχνευσης σχεδιάστηκε και πραγματοποιήθηκε με αντικειμενοστραφή τεχνολογία. Αυτό σιγούρεψε την ομαλή μετάβαση προς νέα συστατικά του υλικού. Επιπλέον μας βοήθησε να δημιουργήσουμε ένα σταθερό περιβάλλον ανάπτυξης νέων μεθόδων ανίχνευσης και αλγορίθμων ανάλυσης. Τα μικροσκόπια που κατασκευάστηκαν στο CERN χρησιμοποιήθηκαν όχι μόνο για να ανιχνευθούν τα φύλλα γαλακτωμάτων του CHORUS, αλλά και αυτά του στόχου και ενός νέου ανιχνευτή τροχιών σε πείραμα-οδηγό στο CERN-PS. Στο πλαίσιο αυτού του πειράματος πραγματοποιήθηκε και μια μέτρηση του μέσου μήκους της αδρονικής αλληλεπίδρασης white kink. Αυτό επιτεύχθηκε αφού αναλύθηκαν τα φύλλα του στόχου του πειράματος-οδηγού και αφού μετρήθηκε η ορμή των εξερχόντων σωματιδίων στο νέο ανιχνευτή τροχιών από γαλακτώματα. Η παραχθείσα εκτίμηση του αναμενόμενου ρυθμού γεγονότων υποβάθρου είναι συμβατή με τους εσωτερικούς υπολογισμούς από τα δεδομένα του CHORUS. Έχοντας ολοκληρώσει τη λεγόμενη Phase I της ανάλυσης στο CHORUS δεν παρατηρήθηκε κάποιο γεγονός ντ στην έρευνα για ταλαντώσεις τύπου νμ → ντ. Το μηδενικό αποτέλεσμα του CHORUS χρησιμοποιήθηκε για το αποκλεισμό της περιοχής στον χώρο φάσεων των παραμέτρων ταλάντωσης που παρουσιάζεται στο Σχ. 7.4. Η τρέχουσα Phase II της ανάλυσης στο CHORUS αναμένεται να αυξήσει την τελική ευαισθησία στις ταλαντώσεις τύπου νμ → ντ.