نيوترينو المعجل

نيوترينو المُسرِّع هو نيوترينو أو نيوترينو مضاد مُنتَج بشريًا باستخدام مُسرِّعات الجسيمات ، حيث يتم تسريع حزمة من البروتونات واصطدامها بهدف ثابت، مما يُنتج ميزونات (بشكل رئيسي بيونات ) تتحلل بدورها إلى نيوترينوات . ^{[ 1 ]} اعتمادًا على طاقة البروتونات المُسرَّعة وما إذا كانت الميزونات تتحلل أثناء الطيران أو في حالة سكون، يُمكن توليد نيوترينوات ذات خصائص وطاقة وتوزيع زاوي مُختلف. تُستخدم نيوترينوات المُسرِّع لدراسة تفاعلات النيوترينو وتذبذباته ، مستفيدةً من شدة حزم النيوترينو العالية، بالإضافة إلى إمكانية التحكم في نوعها وخصائصها الحركية وفهمها بدرجة أكبر بكثير من نيوترينوات المصادر الأخرى .

مخطط إنتاج حزمة نيوترينو الميون

مخطط إنتاج شعاع مضاد النيوترينو للميون

تتكون عملية إنتاج حزمة نيوترينو الميون أو نيوترينو الميون المضاد من الخطوات التالية: ^{[ 2 ] [ 1 ]}

• تسريع حزمة بروتونات أولية في مسرع الجسيمات .
• اصطدام حزمة من البروتونات بهدف ثابت. في مثل هذا الاصطدام، يتم إنتاج جسيمات ثانوية، وخاصة البيونات والكاونات .
• التركيز، بواسطة مجموعة من الأبواق المغناطيسية ، على الجسيمات الثانوية ذات الشحنة المختارة: موجبة لإنتاج حزمة نيوترينو الميون، وسالبة لإنتاج حزمة نيوترينو الميون المضاد.
• تحلل الجسيمات الثانوية أثناء طيرانها في نفق تحلل طويل (يبلغ طوله مئات الأمتار). تتحلل البيونات المشحونة ^{[ 3 ]} بنسبة تزيد عن 99.98% إلى ميون ونيوترينو مقابل وفقًا لمبدأ الحفاظ على الشحنة الكهربائية وعدد الليبتون .

π ⁺→ μ ⁺+ ν_μ ،π ⁻  → μ ⁻+ ν_μ

عادةً ما يكون الهدف هو الحصول على حزمة نقية، تحتوي على نوع واحد فقط من النيوترينو: إما ν_μ أوν_μ .وبالتالي، يتم تحسين طول نفق الاضمحلال لزيادة عددالبيونوتقليل عددالميون، ^{[ 4 ]} والتي يتم فيها إنتاج أنواع غير مرغوب فيها من النيوترينوات:

μ ⁺→ هـ ⁺+ ν_μ +ν_e ,μ ⁻  → e ⁻+ ν_μ +ν_هـ

في معظم عمليات اضمحلال الكاون ^{[ 5 ]} يتم إنتاج النوع المناسب من النيوترينوات (نيوترينوات الميون للكاونات الموجبة ومضادات نيوترينوات الميون للكاونات السالبة):

ك ⁺→ μ ⁺+ ν_μ ،K ⁻  → μ ⁻+ ν_μ ،(63.56% من حالات الاضمحلال)،  

ك ⁺→ μ ⁺+ ν_μ +π ⁰، ك ⁻  → μ ⁻+ ν_μ +π ⁰( 3.35% من حالات التحلل)،  

ومع ذلك، فإن التحلل إلى نيوترينوات إلكترونية (مضادة) يشكل أيضًا جزءًا كبيرًا:

ك ⁺→ هـ ⁺+ ν_e +π ⁰، ك ⁻  → e ⁻+ ν_e +π ⁰( 5.07% من حالات التحلل).  

• يتم امتصاص الهادرونات المتبقية واللبتونات المشحونة في ممتص شعاع (عادةً ما يكون كتلة من الجرافيت ) وفي الأرض. في الوقت نفسه، تسافر النيوترينوات دون عوائق لمسافات أبعد، مقتربةً من اتجاه جسيماتها الأصلية.

لا تحمل النيوترينوات شحنة كهربائية، لذا لا يمكن تركيزها أو تسريعها باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية، وبالتالي لا يمكن إنشاء حزمة متوازية أحادية الطاقة من النيوترينوات، كما هو الحال مع حزم الجسيمات المشحونة في المسرعات. إلى حد ما، يمكن التحكم في اتجاه وطاقة النيوترينوات عن طريق اختيار طاقة حزمة البروتونات الأولية بدقة وتركيز البيونات والكاونات الثانوية، لأن النيوترينوات تستحوذ على جزء من طاقتها الحركية وتتحرك في اتجاه قريب من اتجاه الجسيمات الأصلية.

فيما يلي قائمة بحزم النيوترينو (المضاد) للميون المستخدمة في التجارب الفيزيائية السابقة أو الحالية:

• تم إنتاج حزمة النيوترينوات إلى غران ساسو (CNGS) ^{[ 10 ]} بواسطة سوبر بروتون سينكروترون في CERN المستخدمة في تجارب OPERA و ICARUS .
• حزمة النيوترينو المعززة (BNB) التي ينتجها السنكروترون المعزز في مختبر فيرميلاب والتي تستخدم في تجارب SciBooNE و MiniBooNE و MicroBooNE .
• النيوترينوات في حزمة الحقن الرئيسية (NuMI) التي ينتجها السنكروترون الرئيسي في مختبر فيرميلاب المستخدم في تجارب MINOS و MINERνA و NOνA .
• حزمة النيوترينو K2K التي تم إنتاجها بواسطة مسرع بروتونات 12 جيجا إلكترون فولت في KEK في تسوكوبا المستخدمة في تجربة K2K .
• تم استخدام حزمة النيوترينو T2K ^{[ 7 ]} التي تم إنتاجها بواسطة السنكروترون الحلقي الرئيسي في J-PARC في توكاي في تجربة T2K .

• دوري، أوبالدو؛ لوفير، الرصيف؛ لودوفيتشي ، لوسيو (2 أكتوبر 2019). “تاريخ حزم النيوترينو المسرع”. المجلة الفيزيائية الأوروبية ح . 44 ( 4– 5): 271– 305. أرخايف : 1805.01373 . بيب كود : 2019EPJH...44..271D . دوى : 10.1140/epjh/e2019-90032-x . S2CID 73628709 . 

• معجل النيوترينوات - فيرميلاب