Un neutrino de acelerador es un neutrino o antineutrino generado por humanos obtenido mediante aceleradores de partículas , en los que un haz de protones se acelera y choca con un objetivo fijo, produciendo mesones (principalmente piones ) que luego se desintegran en neutrinos . Dependiendo de la energía de los protones acelerados y de si los mesones se desintegran en vuelo o en reposo, es posible generar neutrinos de diferente sabor , energía y distribución angular. Los neutrinos de acelerador se utilizan para estudiar las interacciones de neutrinos y las oscilaciones de neutrinos aprovechando la alta intensidad de los haces de neutrinos, así como la posibilidad de controlar y comprender su tipo y propiedades cinemáticas en una medida mucho mayor que para los neutrinos de otras fuentes .
El proceso de producción del haz de neutrinos muónicos o antineutrinos muónicos consta de los siguientes pasos: [1] [2]
Generalmente se pretende tener un haz puro, que contenga solo un tipo de neutrino:
no
micraso
no
micrasDe esta manera, la longitud del túnel de desintegración se optimiza para maximizar el número de desintegraciones de piones y, al mismo tiempo, minimizar el número de desintegraciones de muones , [4] en las que se producen tipos indeseables de neutrinos:
En la mayoría de las desintegraciones de kaones [5] se producen los tipos apropiados de neutrinos (neutrinos muónicos para kaones positivos y antineutrinos muónicos para kaones negativos):
Sin embargo, la desintegración en (anti)neutrinos electrónicos también es una fracción significativa:
Los neutrinos no tienen carga eléctrica , por lo que no se los puede enfocar ni acelerar mediante campos eléctricos y magnéticos , y por lo tanto no es posible crear un haz paralelo y monoenergético de neutrinos, como se hace con los haces de partículas cargadas en los aceleradores. Hasta cierto punto, es posible controlar la dirección y la energía de los neutrinos seleccionando adecuadamente la energía del haz primario de protones y enfocando los piones y kaones secundarios, porque los neutrinos absorben parte de su energía cinética y se mueven en una dirección cercana a las partículas progenitoras.
Un método que permite reducir aún más la distribución de energía de los neutrinos producidos es el uso del llamado haz fuera del eje. [6] El haz de neutrinos del acelerador es un haz ancho que no tiene límites claros, porque los neutrinos que contiene no se mueven en paralelo, sino que tienen una cierta distribución angular. Sin embargo, cuanto más se aleja del eje (centro) del haz, menor es el número de neutrinos, pero también cambia la distribución de energía. El espectro de energía se vuelve más estrecho y su máximo se desplaza hacia energías más bajas. El ángulo fuera del eje, y por lo tanto el espectro de energía de los neutrinos, se pueden optimizar para maximizar la probabilidad de oscilación de los neutrinos o para seleccionar el rango de energía en el que el tipo deseado de interacción de neutrinos es dominante.
El primer experimento en el que se utilizó el haz de neutrinos fuera del eje fue el experimento T2K [7]
Se puede lograr un alto nivel de control de los neutrinos en la fuente monitoreando la producción de leptones cargados ( positrones , muones ) en el túnel de desintegración del haz de neutrinos. Las instalaciones que emplean este método se denominan haces de neutrinos monitoreados. Si la tasa de leptones es suficientemente pequeña, los detectores de partículas modernos pueden etiquetar en el tiempo el leptón cargado producido en el túnel de desintegración y asociar este leptón al neutrino observado en el detector de neutrinos. Esta idea, que se remonta a la década de 1960, [8] se ha desarrollado en el marco del concepto de haz de neutrinos etiquetados, pero aún no se ha demostrado. Los haces de neutrinos monitoreados producen neutrinos en un rango de energía estrecho y, por lo tanto, pueden emplear la técnica fuera del eje para predecir la energía del neutrino midiendo el vértice de interacción, es decir, la distancia de la interacción del neutrino desde el eje nominal del haz. En 2021, la Colaboración ENUBET demostró una resolución de energía en el rango del 10-20% . [9]
A continuación se muestra la lista de haces de muones (anti)neutrinos utilizados en experimentos de física pasados o actuales:
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(2018) y actualización de 2019.
(2018) y actualización de 2019.
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