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DONUT (ニュータウの直接観測、E872) は、フェルミ国立加速器研究所で行われたタウニュートリノ相互作用の探索を目的とした実験である。検出器は 1997 年の夏の数か月間稼働し、タウニュートリノの検出に成功した。[1]これにより、標準モデルで予測された最後のレプトンの存在が確認された。[2]この実験データは、タウニュートリノの磁気モーメントの上限を設定するためにも使用され[3]、その相互作用断面積も測定された。[4]
原理
DONUTでは、テバトロンで加速された陽子がチャーム中間子の崩壊によってタウニュートリノを生成するために使用されました。磁石とバルク物質（主に鉄とコンクリート）のシステムによって可能な限り多くの不要な背景粒子を除去した後、ビームは数枚の原子核乳剤を通過しました。非常にまれなケースでは、ニュートリノの1つが検出器内で相互作用し、乳剤に目に見える軌跡を残し、シンチレーターとドリフトチャンバーのシステムによって電子的に記録できる電荷を帯びた粒子を生成します。[1]
電子情報を使用して、ニュートリノ相互作用の可能性が特定され、さらに分析するために選択されました。これは、乳剤シートを写真現像して、通過した粒子が残した痕跡が小さな黒い点として現れるようにすることを意味します。これらの点を後続のシートにわたって接続することにより、各粒子がたどった経路が再構築され、可能性のあるニュートリノ相互作用が特定されました。ニュートリノ相互作用の特徴的な特性は、いくつかの軌跡が突然現れ、それらにつながるものがないことです。タウニュートリノは、それらの軌跡の1つが数ミリメートル後に「キンク」を示し、タウレプトンの崩壊を示すことで特定されました。[1]
結果
2000 年 7 月、DONUT 共同研究グループはタウニュートリノ相互作用の初の観測を発表しました。この結果はわずか 4 つのイベントに基づいていましたが、信号は予想される背景 (0.34±0.05 イベント) をはるかに上回り、p値は 4×10 −4、約 3.5 シグマでした。これは通常の証明基準を下回りますが、粒子が存在すると予想されていたため、一般的に受け入れられました。2008 年の最終報告書[3]では、合計 578 のニュートリノ イベントのサンプルから 9 つのタウニュートリノ イベントが特定されています。その重要性は、タウニュートリノがこれまでヒッグス粒子を除いて直接観測されていない唯一の標準モデルの粒子であったという事実にあります。[2]
結果そのもの以外にも、DONUT は高エネルギーニュートリノ検出のための新しい技術、特に原子核エマルジョンシートに鉄の層を散在させて相互作用の数を増やす エマルジョン霧箱の検証も可能にしました。
参照
参考文献
- ^ abc K. Kodama et al. (DONUT Collaboration) (2001). 「タウニュートリノ相互作用の観測」. Physics Letters B. 504 ( 3): 218–224. arXiv : hep-ex/0012035 . Bibcode :2001PhLB..504..218D. doi : 10.1016/S0370-2693(01)00307-0 .
- ^ ab 「物理学者、フェルミ国立加速器研究所でタウニュートリノの直接証拠を初めて発見」（プレスリリース）。フェルミ国立加速器研究所。2000 年 7 月 20 日。
- ^ ab K. Kodama et al. (DONUT Collaboration) (2008). 「タウニュートリノの相互作用断面積の初めての測定」. Physical Review D. 78 ( 5): 052002. arXiv : 0711.0728 . Bibcode :2008PhRvD..78e2002K. doi :10.1103/PhysRevD.78.052002. S2CID 118667527.
- ^ R. Schwienhorst et al. (DONUT Collaboration) (2001). 「タウニュートリノ磁気モーメントの新たな上限」. Physics Letters B. 513 ( 1–2): 23–29. arXiv : hep-ex/0102026 . Bibcode :2001PhLB..513...23D. doi : 10.1016/S0370-2693(01)00746-8 .
外部リンク
- DONUTホームページ
- INSPIRE-HEPの DONUT 実験記録