T2K

A T2K (Tokai to Kamioka) kísérlet egy komplex részecskefizikai kísérlet, amely a neutrínók oszcillációját méri. Ez az első kísérlet, amely sikeresen kimutatta elektron-neutrínók (${\nu }_e$) megjelenését egy müon-neutrínó (${\nu }_{\mu }$) nyalábban , precíz becslést adott a PMNS (Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata) neutrínó keveredési mátrix ${\theta }_{23}$ paraméterére , és először talált anyag-antianyag aszimmetriára utaló jeleket neutrínóknál . Ez utóbbi magyarázatot adhat az Univerzumban megfigyelhető anyagdominanciára .

A kísérlet egy 500 fizikusokból és mérnökökből álló nemzetközi kollaborációban működik Japánban, több mint 60 kutatóintézet közreműködésével Euróbából, Ázsiából, Amerikából, ill. a CERN részleges bevonásával.

A kísérletnek a neutrínónyalábot a J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) kutatóintézet biztosítja, amely Japán keleti partján, Tokaiban található. Mivel a müon-neutrinók a T2K kísérletben több száz kilométer megtétele után alakulnak át más neutrínótípusba, ezért a részecskenyalábot a J-PARC-tól 295 kilométer távolságra lévő Super-Kamiokande detektor felé irányítják. A nyaláb (oszcilláció előtti) tulajdonságait, neutrínó-íz összetételét egy a J-PARC teruletén található közeli detektorban (ND280) mérik, majd összehasonlítják a távolabbi Super-Kamiokande detektorban mért neutrínónyaláb összetételével. A két mérésből becsülik meg a neutrínók egymásbaalakulási valószínűségét. A Super-Kamiokande detektor képes mind müon- ill. elektron-neutrínók kölcsönhatásainak detektálására, ezért a müon-neutrínók eltűnését és az elektron-neutrínók megjelenését is képes kimutatni.

Történet

A T2K kísérlet a K2K (KEK to Kamioka) kísérlet utóda, amely 1999-től 2004-ig működött. A T2K-hez hasonlóan, egy a Tsukubában, Japánban található KEK kutatóintézet részecskegyorsítója által előállított müon neutrínó-nyalábot lőttek a 250 kilométerre lévő Super-Kamiokande detektor felé. A K2K kísérlet eredménye 99.9985% konfidencia szinten (4.3 σ) megerősítette a müon neutrínók eltűnését, és megerősítette a Super-Kamiokande detektor atmoszferikus neutrínókból kimutatott eredményeit .

Fizikai kutatási célok

A T2K kísérlet ötlete 2003-ban jött létre a következő kutatási célokkal:

• A ${\nu }_{\mu }$ → ${\nu }_e$ oszcilláció kimutatása, ill. a ${\theta }_{23}$ PMNS oszcillációs paraméter nem nulla értékének kimutatàsa
• A $\mathrm{\Delta }{m}_{23}$ és ${\theta }_{23}$ oszcillációs paraméterek pontos meghatározása müon-neutrínó eltűnés méréséből
• Steríl neutrínó-oszcilláció jeleinek keresése
• Neutrínó-atommag szórási kölcsönhatások kutatása a GeV energiatartományban.

Az adatfelvétel 2010-es kezdete óta a T2K kísérlet egy sor fontos fizikai eredményt ért el:

• Elektron-neutrínó megjelenésének kimutatása müon-neutrínó nyalábban (${\nu }_{\mu }$ → ${\nu }_e$)
• A ${\theta }_{23}$ neutrínó oszcillációs paraméter pontos meghatározása
• A CP-szimmetria sértés jelenségére való első indikációk felfedezése a Lepton-szektorban, ill. a ${\delta }_{CP}$ neutrínó oszcillációs paraméter értékének első pontos behatárolása, amely az Univerzum anyag-antianyag aszimmetriájára adhat egyszer magyarázatot
• A steril neutrínók oszcillációjának keresése az ND280 közeli illetve a távoli Super-Kamiokande detektorokkal.
• Neutrínó szórási hatáskeresztmetszet mérése elektron- és müon neutrínók, illetve and antineutrínókkal különböző atommagokon (C, H2O and Fe).

További információk

• Kamioka Observatory
• A T2K hivatalos weboldala
• Super-Kamiokande élő neutrínó detektor események
• Neutrínó fizika – A T2K kísérlet (angolul) – YouTube
• Inside Japan's Big Physics | Part one: Super Kamiokande (angolul) – YouTube