T2K prezentuje pierwsze wyniki poszukiwania łamania symetrii CP

Eksperyment T2K
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
Institute for Cosmic Ray Research (ICRR), University of Tokyo
Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) Center

Międzynarodowy eksperyment T2K ogłosił dziś wyniki dotyczące symetrii między oscylacjami neutrin i antyneutrin. T2K przeprowadziło nową, jednoczesną analizę wszystkich swoich danych, używając prawie dwukrotnie więcej danych antyneutrinowych w porównaniu z początkowymi wynikami opublikowanymi w 2015 r. Nowe wyniki kontynuują trend zaobserwowany w 2015 r., czyli preferencję dla maksymalnego zanikania neutrin mionowych, a także rozbieżność między częstością pojawiania się neutrin i antyneutrin elektronowych.

Jeśli łamanie symetrii CP zachodzi w sektorze neutrin, będzie ono widoczne jako różnica w prawdopodobieństwach oscylacji neutrin i antyneutrin. W eksperymencie T2K wiązka neutrin mionowych produkowana jest w ośrodku Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) w Tokai w prefekturze Ibaraki, na wschodnim wybrzeżu Japonii. Wiązka neutrin tworzona jest poprzez nakierowanie wiązki protonów o energii 30 GeV na cylindryczną tarczę, by otrzymać intensywny strumień cząstek wtórnych, który jest następnie ogniskowany i filtrowany przez silne pola magnetyczne rogów (hornów) magnetycznych. Zogniskowane cząstki wtórne rozpadają się na neutrina lub antyneutrina, zależnie od tego, jaki znak ładunku elektrycznego cząstek został wybrany w filtracji przez rogi magnetyczne. Wiązka (anty)neutrinowa jest monitorowana przez układ detektorów w Tokai, 280m od tarczy, i wycelowana w gigantyczny podziemny detektor Super-Kamiokande w Kamioce, blisko zachodniego wybrzeża Japonii, 295 km od Tokai.

Obserwowana przez T2K częstość pojawiania się antyneutrin elektronowych w wiązce jest niższa niż spodziewana, bazowana na analogicznej liczbie dla neutrin elektronowych przy założeniu, że symetria CP jest zachowana. T2K obserwuje 32 neutrina i 4 antyneutrina elektronowe, podczas gdy liczby spodziewane przy zachowaniu symetrii CP to 23 neutrina i 7 antyneutrin elektronowych. Jeśli weźmie się pod uwagę pełen obraz oscylacji trzech zapachów neutrin i antyneutrin, oraz uwzględni pomiary zaniku antyneutrin elektronowych w eksperymentach reaktorowych, zakres spodziewanego poziomu ufności 90% na parametr δCP dla obecnego zestawu danych T2K sięga od 2π (to jest pełnego możliwego zakresu) do 1π, zależnie od prawdziwej wartości δCP i prawdziwej hierarchii mas neutrin. Analiza danych wskazuje na 90% poziom ufności dla δCP w obszarze [-0.99π, -0.12π] dla normalnej lub [-0.67π,-0.24π] dla odwróconej hierarchii mas. Punkt najlepszego dopasowania leży w pobliżu wartości maksymalnego łamania CP δCP=-0.5π, podczas gdy wartości zachowujące CP (δCP=0 i δCP=π) leżą poza obszarem faworyzowanym przez T2K.

Eksperyment T2K jest wspierany głównie przez japońskie Ministerstwo Kultury, Sportu, Nauki i Technologii. Eksperyment został zbudowany i jest obsługiwany przez międzynarodową grupę badawczą, która obecnie składa się z ponad 450 fizyków z 61 ośrodków badawczych w 11 krajach (Francja, Hiszpania, Japonia, Kanada, Niemcy, Polska, Rosja, Stany Zjednoczone, Szwajcaria, Wielka Brytania, Włochy).

Uzyskanie tych wyników było możliwe dzięki niestrudzonej pracy zespołu J-PARC, dostarczającego wysokiej jakości wiązki pomimo wielu trudności, m.in. potężnego trzęsienia ziemi we wschodniej Japonii w marcu 2011 r., które wywołało poważne uszkodzenia kompleksu akceleratorów i na rok przerwało zbieranie danych przez eksperyment T2K.

Poszukiwanie łamania symetrii CP wśród neutrin wpłynęło na odkrycie przez T2K pojawiania się neutrin elektronowych w 2013 r., co było pierwszą obserwacją pojawiania się neutrin o innym zapachu w wyniku oscylacji. Odkrycie to zaowocowało nagrodą Breakthrough Prize for Fundamental Physics w 2016 dla Koichiro Nishikawy i całej współpracy. Wynik zaprezentowany w 2016 jest oparty o zestaw danych zebranych dla 1.51x1021 protonów uderzających w tarczę (protons on target, POT), co stanowi 19% całego zaplanowanego dla T2K zestawu. Prawdopodobieństwo, że wynik ten jest spowodowanych losową fluktuacją statystyczną, powodującą, iż obserwuje się asymetrię, która w rzeczywistości nie istnieje, to około 1 do 20, należy więc nadal zbierać dane dla neutrin i antyneutrin, by upewnić się, że ten intrygujący rezultat jest prawdziwy. Pełen zestaw danych (7.8x1021 POT ) T2K spodziewa się otrzymać ok. roku 2021, dzięki planowanym ulepszeniom głównego akceleratora i układu produkcji wiązki w J-PARC. Co więcej, T2K zaproponowało wydłużenie czasu zbierania danych, co pozwoliłoby osiągnąć liczbę 20x1021 POT i znaczoność statystyczną na obserwację łamania CP 3 sigma (dla części wartości parametrów opisujących oscylacje) do 2025 r., kiedy to planuje się uruchomienie następnej generacji eksperymentów neutrinowych.

Więcej szczegółów na temat nowego wyniku T2K, a także przyszłych perspektyw eksperymentu można znaleźć w prezentacji na 38th International Conference on High Energy Physics z Chicago, natomiast więcej informacji o samym eksperymencie znajduje się na publicznej stronie http://t2k-experiment.org (w języku angielskim).

Zmarła prof. Danuta Kiełczewska

Z wielkim żalem zawiadamiamy, że 22. lutego 2016 zmarła

prof. Danuta Kiełczewska

współtwórca Warszawskiej Grupy Neutrinowej.

Prof. Danuta Kiełczewska stworzyła doświadczalną fizykę neutrin w Polsce. Brała udział w najważniejszych i najbardziej prestiżowych eksperymentach neutrinowych: IMB, Super-Kamiokande, K2K i T2K. Współuczestniczyła w największych odkryciach związanych z neutrinami, m.in. w odkryciu oscylacji neutrin przez eksperyment Super-Kamiokande w 1998 roku. Współpracowała z najwybitniejszymi naukowcami w swej dziedzinie.

Prof. Kiełczewska (z lewej) wraz z prof. Kate Scholberg i Michaelem Smy na sympozjum TMEX w Warszawie (2014).

Będziemy ją pamiętać jako osobę zaangażowaną nie tylko w organizowanie polskiej grupy neutrinowej, ale również jako fizyka potrafiącego krytycznie spojrzeć na prace młodych doktorantów i studentów. Wypromowała wielu magistrów i doktorów (na Uniwersytecie Warszawskim i w Instytucie Problemów Jądrowych - obecnym Narodowym
Centrum Badań Jądrowych), z których część dotąd pracuje w naszej grupie.

Wielu z nas pod jej opieką stawiało swoje pierwsze kroki w
międzynarodowych eksperymentach neutrinowych. Dla współpracowników była nie tylko mentorem, ale i optymistyczną i przyjacielską koleżanką z pracy.

Składamy rodzinie najszczersze kondolencje. Wszystkim nam będzie jej bardzo brakowało.

 

Breakthrough Prize dla fizyków neutrin

Eksperymenty badające oscylacje neutrin zostały nagrodzone Breakthrough Prize - nagrodą fundowaną przez założycieli Google, Facebooka i innych gigantów informatycznych. Uczestnicy eksperymentów T2K, K2K, Super-K, KamLAND, Daya Bay i SNO otrzymają łącznie 3 miliony dolarów do podziału! Jurorzy docenili wagę odkryć związanych z neutrinami dla rozwoju fizyki cząstek elementarnych.

https://breakthroughprize.org/News/29

http://www.nytimes.com/interactive/2015/11/06/science/breakthrough-prize-winners-2016.html

Wśród wyróżnionych znajdują się członkowie naszej grupy, przyłożyliśmy bowiem rękę do odkryć w eksperymentach T2K i K2K (tutaj lista nazwisk), a współzałożycielka naszej grupy, prof. Danuta Kiełczewska, oraz jej doktorantka znajdują się również na liście nagrodzonych eksperymentu Super-Kamiokande.

Cieszymy się z docenienia naszej pracy i dziękujemy!

Nagroda Nobla z fizyki 2015

Nagrodę Nobla z fizyki otrzymali badacze oscylacji neutrin!

Są to:

Takaaki Kajita

szef analizy oscylacyjnej w eksperymencie Super-Kamiokande

Mamy przyjemność i zaszczyt mieć również prof. Kajitę w grupie eksperymentu T2K, który wykorzystuje Super-Kamiokande jako tzw. daleki detektor, do bardzo precyzyjnych i nowatorskich badań oscylacji.

oraz

Arthur B. McDonald

lider eksperymentu SNO

 

Oba te eksperymenty badały zjawisko zwane oscylacjami neutrin, polegający na periodycznej zmianie neutrin jednego rodzaju w inne w trakcie ich ruchu (więcej na naszej stronie Odkrywanie neutrin)

Neutrina to jedne z najbardziej tajemniczych cząstek elementarnych. Biliony neutrin przelatują w każdej sekundzie przez nasze ciała, nie czynią nam jednak krzywdy – ich oddziaływanie z materią jest zbyt słabe. Nie mają ładunku i posiadają bardzo małą masę, dlatego bardzo trudno je wykryć, niosą jednak wiele interesujących informacji zarówno o początkach Wszechświata jak i własnościach materii nas otaczającej.

Oscylacje neutrin to kwantowo-mechaniczny fenomen polegający na zmianie tożsamości neutrina podczas jego lotu przez przestrzeń. Neutrina występują w trzech odmianach, nazywanych zapachami: elektronową, mionową lub taonową – zjawisko zmiany ich zapachu było przełomowym odkryciem poszerzającym naszą wiedzę o świecie mikroskopijnych cząstek elementarnych. W wyniku tego odkrycia dowiedzieliśmy się, że neutrina mają niezerową masę, czego nie przewidywał Model Standardowy, teoria opisująca oddziaływania cząstek elementarnych.

Serdecznie gratulujemy laureatem i cieszymy się bardzo, że tak znakomita praca i wyniki zostały nagrodzone!

 

Oficjalna informacja:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2015/

 

Prof. Danuta Kiełczewska (członkini Super-Kamiokande od początku, współzałożycielka naszej grupy) o cząstkach elementarnych, neutrinach i nagrodzie w RDC.

Odkrywanie neutrin

Witamy na stronie poświęconej fizyce neutrin. Neutrino jest cząstką elementarną o zerowym ładunku elektrycznym. Z innymi cząstkami materii oddziałuje tylko za pomocą tzw. oddziaływań słabych, najsłabszych oddziaływań (nie licząc grawitacji) występujących w przyrodzie. Dlatego przez 20 lat, od wprowadzenia owej cząstki do fizyki przez Wolfganga Pauliego, było ono obiektem teoretycznym, unikającym bezpośredniej detekcji. Ostatecznie neutrino wykryto doświadczalnie w latach 50-tych i od tamtej pory kolejne generacje eksperymentów fizycznych badają cechy owego obiektu.

Po co w ogóle zajmować się tak ulotną cząstką? Okazuje się, że neutrina towarzyszyły narodzinom Wszechświata, dają wgląd we wnętrze naszego Słońca i we wnętrze Ziemi, są pierwszymi cząstkami, które dostarczają nam informacji o fizyce leżącej poza ugruntowanym przez ostatnie 40 lat modelem mikroświata, tzw. Modelem Standardowym.

Powodów, dla których fizycy interesują się neutrinami, jest wiele. Niestety badanie własności owej cząstki jest niesłychanie trudnym zajęciem. Na niniejszych stronach pokażemy Ci, w jaki sposób koncepcja neutrina rodziła się, w jaki sposób dojrzewała i w jaki sposób neutrina bada się dzisiaj w wielu zaawansowanych eksperymentach rozrzuconych po całym globie ziemskim.