La búsqueda de oscilaciones de neutrinos en el inyector principal ( MINOS ) fue un experimento de física de partículas diseñado para estudiar los fenómenos de las oscilaciones de neutrinos , descubiertos por primera vez por un experimento Super-Kamiokande (Super-K) en 1998. Los neutrinos producidos por la línea de luz NuMI ("Neutrinos en el inyector principal") en Fermilab cerca de Chicago se observan en dos detectores, uno muy cerca de donde se produce el haz (el detector cercano ), y otro detector mucho más grande a 735 km de distancia en el norte de Minnesota (el detector lejano ).
El experimento MINOS comenzó a detectar neutrinos del haz de luz NuMI en febrero de 2005. El 30 de marzo de 2006, la colaboración MINOS anunció que el análisis de los datos iniciales, recopilados en 2005, es consistente con las oscilaciones de neutrinos, con parámetros de oscilación que son consistentes con las mediciones de Super-K. [1] MINOS recibió los últimos neutrinos de la línea de luz NUMI a la medianoche del 30 de abril de 2012. [2] [3] Se actualizó a MINOS+ , que comenzó a tomar datos en 2013. [4] El experimento se cerró el 29 de junio de 2016, y el detector lejano se desmanteló y se retiró. Se trasladó a Puerto Vallarta, Jalisco en México. [5]
Hay dos detectores en el experimento.
Ambos detectores MINOS son calorímetros de muestreo de centelleo de acero , hechos de planos alternos de centelleadores de acero magnetizados y de plástico . El campo magnético hace que la trayectoria de un muón producido en una interacción entre un neutrino y un muón se doble, lo que permite distinguir las interacciones con neutrinos de aquellas con antineutrinos. Esta característica de los detectores MINOS permite a MINOS buscar violaciones del CPT con neutrinos y antineutrinos atmosféricos.
Para producir la línea de luz NuMI , los pulsos de protones del inyector principal de 120 GeV golpean un objetivo de grafito enfriado por agua . Las interacciones resultantes de los protones con el material del objetivo producen piones y kaones , que son enfocados por un sistema de cuernos magnéticos . Los neutrinos de las desintegraciones posteriores de piones y kaones forman el haz de neutrinos . La mayoría de estos son neutrinos muónicos, con una pequeña contaminación de neutrinos electrónicos . Las interacciones de neutrinos en el detector cercano se utilizan para medir el flujo de neutrinos inicial y el espectro de energía. Debido a que interactúan débilmente y, por lo tanto, generalmente pasan a través de la materia, la gran mayoría de los neutrinos viajan a través del detector cercano y los 734 km de roca, luego a través del detector lejano y hacia el espacio. En el camino hacia Sudán, aproximadamente el 20% de los neutrinos muónicos oscilan en otros sabores .
MINOS mide la diferencia en la composición del haz de neutrinos y la distribución de energía en los detectores cercanos y lejanos con el objetivo de producir mediciones precisas de la diferencia de masa al cuadrado de los neutrinos y el ángulo de mezcla . Además, MINOS busca la aparición de neutrinos electrónicos en el detector lejano y medirá o establecerá un límite en la probabilidad de oscilación de neutrinos muónicos en neutrinos electrónicos.
El 29 de julio de 2006, la colaboración MINOS publicó un artículo en el que se presentaban sus mediciones iniciales de los parámetros de oscilación a juzgar por la desaparición de neutrinos muónicos. Estos son: Δ m2
23=2,74+0,44
-0,26× 10 −3 eV 2 /c 4 y sen 2 (2 θ 23 ) > 0,87 ( límite de confianza del 68 % ). [8] [9]
En 2008, MINOS publicó otro resultado utilizando más del doble de los datos anteriores (3,36×10 20 protones en el objetivo; esto incluye el primer conjunto de datos). Esta es la medición más precisa de Δ m 2 . Los resultados son: Δ m2
23=2.43+0,13
-0,13× 10 −3 eV 2 /c 4 y sen 2 (2 θ 23 ) > 0,90 ( límite de confianza del 90 % ). [10]
En 2011, los resultados anteriores se actualizaron nuevamente, utilizando una muestra de datos más del doble (exposición de 7,25 × 10 20 protones en el objetivo) y una metodología de análisis mejorada. Los resultados son: Δ m2
23=2.32+0,12
-0,08× 10 −3 eV 2 /c 4 y sen 2 (2 θ 23 ) > 0,90 (límite de confianza del 90%). [11]
En 2010 y 2011, MINOS informó resultados según los cuales existe una diferencia en la desaparición y en consecuencia en las masas entre antineutrinos y neutrinos, lo que violaría la simetría CPT . [12] [13] [14] Sin embargo, después de que se evaluaron datos adicionales en 2012, MINOS informó que esta brecha se ha cerrado y ya no hay exceso. [15] [16]
Los resultados de los rayos cósmicos del detector lejano MINOS han demostrado que existe una fuerte correlación entre los rayos cósmicos de alta energía medidos y la temperatura de la estratosfera . Esta es la primera vez que se demuestra que las variaciones diarias en los rayos cósmicos secundarios de un detector de muones subterráneo están asociadas con fenómenos meteorológicos a escala planetaria en la estratosfera, como el calentamiento estratosférico repentino [17], así como el cambio de estaciones. [18] El detector lejano MINOS también puede observar una reducción en los rayos cósmicos causados por el Sol y la Luna . [19]
En 2007, un experimento con los detectores MINOS descubrió la velocidad deSerán neutrinos de 3 GeV1.000 051 (29) c con un nivel de confianza del 68% y con un nivel de confianza del 99% un rango entre0,999 976 c a1.000 126 c . El valor central era mayor que la velocidad de la luz; sin embargo, la incertidumbre era lo suficientemente grande como para que el resultado tampoco descartara velocidades menores o iguales a la de la luz en este alto nivel de confianza. [20] [21]
Tras la actualización de los detectores del proyecto en 2012, MINOS corrigió su resultado inicial y encontró que coincidía con la velocidad de la luz, con una diferencia en los tiempos de llegada de -0,0006% (±0,0012%) entre los neutrinos y la luz. Se realizarán más mediciones. [22]
Ese grupo descubrió, aunque con menor precisión, que las velocidades de los neutrinos eran consistentes con la velocidad de la luz.
47°49′12″N 92°14′30″O / 47.82000°N 92.24167°W / 47.82000; -92.24167