DONUT ( Observación directa de la nut tau , E872) fue un experimento del Fermilab dedicado a la búsqueda de interacciones de neutrinos tau . El detector funcionó durante unos meses en el verano de 1997 y detectó con éxito el neutrino tau. [1] Confirmó la existencia del último leptón predicho por el Modelo Estándar . [2] Los datos del experimento también se utilizaron para poner un límite superior al momento magnético del neutrino tau [3] y medir su sección transversal de interacción . [4]
En DONUT, los protones acelerados por el Tevatron se utilizaron para producir neutrinos tau mediante la desintegración de mesones encantados . Después de eliminar tantas partículas de fondo no deseadas como fuera posible mediante un sistema de imanes y materia a granel (principalmente hierro y hormigón), el haz atravesó varias láminas de emulsión nuclear . En casos muy raros, uno de los neutrinos interactuaría en el detector, produciendo partículas cargadas eléctricamente que dejaban huellas visibles en la emulsión y podían registrarse electrónicamente mediante un sistema de centelleadores y cámaras de deriva . [1]
Utilizando la información electrónica, se identificaron y seleccionaron posibles interacciones de neutrinos para su posterior análisis. Esto significó revelar fotográficamente las láminas de emulsión para que cualquier rastro dejado por las partículas que las atravesaran apareciera como un pequeño punto negro. Al conectar estos puntos a través de hojas posteriores, se reconstruyó el camino que había tomado cada partícula y se identificaron las posibles interacciones de neutrinos. Las propiedades características de las interacciones de neutrinos eran que de repente aparecían varias huellas sin que ninguna condujera hasta ellas. El neutrino tau fue identificado por una de esas huellas que muestra una "dobladura" después de unos pocos milímetros, lo que indica la desintegración de un leptón tau . [1]
En julio de 2000, la colaboración DONUT anunció la primera observación de interacciones de neutrinos tau. Este resultado se basó en solo cuatro eventos, pero la señal superó con creces el fondo esperado (0,34 ± 0,05 eventos) y tiene un valor p de 4×10 −4 , alrededor de 3,5 sigma. Esto está por debajo del estándar normal de prueba, pero fue generalmente aceptado porque se esperaba que la partícula estuviera allí. El informe final de 2008 [3] identifica 9 eventos de neutrinos tau de una muestra total de 578 eventos de neutrinos. Su importancia radica en el hecho de que el neutrino tau sigue siendo hasta ahora la única partícula del modelo estándar que no ha sido observada directamente, excepto el bosón de Higgs . [2]
Además del resultado en sí, DONUT también permitió validar nuevas técnicas para la detección de neutrinos de alta energía, en particular la cámara de niebla en emulsión , en la que láminas de emulsión nuclear se intercalan con capas de hierro, lo que conduce a un aumento del número de interacciones.