T2K

T2K (Tokai to Kamioka, Japó) és un experiment de física de partícules en el que colaboren científics de vàries nacionalitats, incloent Japó, Canadà, França, Alemània, Itàlia, Corea del Sur, Polònia, Rússia, Espanya, Suïssa, EE.UU i Gran Bretanya. L'objectiu de l'experiment T2K és la mida de les oscilacions de neutrinos. En T2K un intens fes de neutrinos és enviat des del laboratori J-PARC en Tokai prop de Mit (Japó) fins al detector Super-Kamiokande prop de Toyama (Japó), a 295 quilómetres de distància. Super-Kamiokande no es troba en l'eix del fes de neutrinos sino que està desplaçat uns 2.5º per a optimisar l'espectre de neutrinos en la zona d'energia rellevant per a les oscilacions. El fes de neutrinos es medix prop del punt de producció per a medir en precisió el fluix de neutrinos abans de les oscilacions, açò es porta a terme en un complex de detectors (ND280) que estan situats a 280 m en la direcció de Super-Kamiokande. L'objectiu de l'experiment és la busca de les oscilacions de neutrinos de el ν_μ a ν_i per a medir el paràmetre de mescla θ₁₃, que és un dels paràmetres de la matriu de Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata.

l'Institut de Física d´Altes Energies en Barcelona i l'Institut de Física Corpuscular (CSIC) de Valéncia formen part la colaboració T2K des de l'any 2002 i han contribuït a la construcció i operació del detector propenc ND280.

El 5 de juny de 2011, la colaboració T2K va anunciar la mida de 6 ν_i sobre un número esperat d'1.5 en absència d'oscilacions, lo que varen supondre 2.5 desviacions estàndarés. Les mida va ser confirmada posteriorment per una série d'experiments d'oscilacions de neutrinos produïts en reactors nuclears (Double Chooz, RENO i Daya Bay) que varen observar la desaparició de anti-neutrinos electrònics en una provabilitat en perfecte acort en la mida de T2K. Els últims resultats publicats per l'experiment han medit 28 successos sobre un número esperat de 4.92 en absència d'oscilacions, estadísticament correspon a 7.3 desviacions estàndarés.

L'experiment va publicar la mida de la desaparició de neutrinos muónics que estan en acort en experiments anteriors MINOS i Super-Kamiokande sent la mida més precisa fins a la data de l'àngul de mescla θ₂₃.

Objectius científics

L'objectiu principal de T2K és la d'ajudar a completar el coneiximent sobre les critats oscilacions de neutrinos. Experiments previs havien observat la desaparició de neutrinos muónics que havien oscilat a neutrinos de tipo tau que no es podien detectar en estos experiments. L'oscilació de neutrinos muónics a neutrinos electrònics no s'havia detectat mai degut a que el paràmetre que donava la provabilitat d'esta transició (θ₁₃) en la matriu de Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata és molt menut. T2K ha segut el primer experiment en el que s'ha detectat l'aparició de neutrinos electrònics en un fes de neutrinos muónics. La mida de precisió dels paràmetres que governen la desaparició de neutrinos muónics ( Δm²₁₃ i θ₂₃) és un atre objectiu de l'experiment.

El detector propenc de T2K (ND280) s'usa per a la determinació del fluix de neutrinos en precisió, pero és usat també per a medir les interaccions de neutrinos en núcleus a baixa energia (al voltant d'1GeV) que estan pobrement mides i que poden ajudar a dilucidar la dinàmica nuclear.

Detector propenc (ND280)

Archiu:J-PARC T2K ND280 Pit.jpg

Detector propenc ND280 durant la seua construcció

El detector propenc està emplaçat a 280 metres del punt d'interacció dels protonés en el blanc de grafit. El detector està dividit en varis subdetectores especialisats en la detecció de varis tipos de partícules. Tot el detector està immers en un camp magnètic de 0.2 Tesla creat per un iman dipolar. El camp magnètic curva les partícules en càrrega elèctrica permetent la mida de la seua cantitat de moviment. El detector ND280 ha segut dissenyat per a medir el fluix de neutrinos en funció de la seua energia. la naturalea dels neutrinos del fes (electron, muon, antineutrinos) i caracterisar les interaccions de neutrinos en núcleus. Estes mides es realisen prop de la producció de forma l'efecte de les oscilacions de neutrinos és despreciable. El detector està localisat fòra de l'eix com el detector propenc per a medir un espectre d'energies lo més propenc possible al del detector lluntà.

Cambra de proyecció temporal

Les tres cambres de proyecció temporal (TPC de les seues sigles en anglés) medixen la curvatura de les partícules carregades ( muon, pion, electró,...) produïdes en l'interacció dels neutrinos en els núcleus i aixina determinar el seu cantitat de moviment. Al mateix temps, estos detectors poden identificar la naturalea de les partícules a través dels patrons de ionisació del gas.

FGD

Els detectors de grau fi (FGD en les seues sigles en anglés), estan localisats entre la primera i la segona TPC i entre esta i l'última. El FGD és un blanc actiu d'alta massa (2 tonellades en total )per a que els neutrinos interaccionen i al mateix temps es puguen identificar els productes de la colisió ans que apleguen a les TPC.

P0D

El detector de piones neutres (P0D en les seues sigles en anglés) és un bloc altament segmentat de detector de centelleo en làmines de plom intercaladas. La seua funció principal és la mida dels piones neutres produïts en les interaccions de neutrinos en núcleus. La seua alta densitat permet que els fotons que vénen de la desintegració estiguen continguts en el detector i la seua alta segmentació permet reconstruir l'energia i direcció dels mateixos.

ECAL

El calorímetre electromagnètic (ECAL) rodeja els detectors interns (TPC, FGD,P0D) per a detectar energia que no s'ha medit en els detectors interns. És un detector fet de barres de plàstic centelleador en plans de plom que aumenta la densitat del detector i reduïx el número de partícules que s'escapen del detector sense ser medides.

SMRD

El detector de muones (SMRD) consistix en una série de plans de plàstic centelleador que es troben insertats en unes rendijas de l'iman construïdes per a eixe propòsit. Este detector medix els muones que escapen dels detectors interns i ajuda a la seua identificació i a la mida de la seua cantitat de moviment a través de la seua llongitut recorreguda en el detector.

INGRID

El fluix de producció de neutrinos i l'alliniació con respecto de el detector lluntà Super-Kamiokande es controla en una matriu de 16 detectors compactes d'alta massa construïts alternant plàstic centelleador i ferro. Els 16 detectors es disponen en forma de creu en un detector central en la direcció del fluix de neutrinos i 6 en cada braç horisontal i vertical. Els dos últims detectors estan colocats en la direcció diagonal. Les primeres mides han segut publicades recentment.