ミノス

メインインジェクターニュートリノ振動探索( MINOS ) は、1998 年にスーパーカミオカンデ(スーパー K) 実験で初めて発見されたニュートリノ振動現象を研究するために設計された素粒子物理学実験です。シカゴ近郊のフェルミ国立加速器研究所のNuMI (「メインインジェクターのニュートリノ」)ビームラインで生成されたニュートリノは、2 つの検出器で観測されます。1 つはビームが生成された場所に非常に近く (前置検出器)、もう 1 つは 735 km 離れたミネソタ州北部にあるはるかに大きな検出器(後置検出器) です。

MINOS実験は2005年2月にNuMIビームからのニュートリノの検出を開始しました。2006年3月30日、MINOS共同研究チームは、2005年に収集された初期データの分析がニュートリノ振動と一致し、振動パラメータがスーパーカミオカンデの測定と一致していることを発表しました。^[1] MINOSは2012年4月30日の深夜にNUMIビームラインから最後のニュートリノを受信しました。^{[2] [3]} MINOS+にアップグレードされ、 2013年にデータの取得が開始されました。^[4]実験は2016年6月29日に停止され、遠方検出器は解体されて撤去されました。メキシコのハリスコ州プエルトバジャルタに移されました。^[5]

実験には2つの検出器があります。

• 近接検出器は遠距離検出器と設計は似ていますが、サイズが小さく、質量は総重量は980 トンです。フェルミ国立加速器研究所の、陽子が反応するグラファイトターゲットから数百メートル離れた地下約 100 メートルのところにあります。近接検出器の試運転は 2004 年 12 月に完了し、現在は完全に稼働しています。
• 遠方検出器の質量は5.4  kt 。ミネソタ州北部のスーダン鉱山の深さ 716 メートルに位置しています。遠距離検出器は 2003 年の夏から完全に稼働しており、建設の初期から宇宙線と大気ニュートリノのデータを収集しています。

MINOS 検出器は両方とも、磁化されたスチールとプラスチックのシンチレータの交互の平面から作られたスチールシンチレータサンプリングカロリメータです。磁場により、ミューオン ニュートリノの相互作用で生成されたミューオンの経路が曲げられ、ニュートリノとの相互作用と反ニュートリノとの相互作用を区別できるようになります。MINOS 検出器のこの機能により、MINOS は大気ニュートリノと反ニュートリノによる CPT の破れを探索できます。

NuMI ビームラインを生成するために、120 GeV主入射器の陽子パルスが水冷式グラファイトターゲットに当たる。その結果生じる陽子とターゲット物質との相互作用によりパイ中間子とK中間子が生成され、これらは磁気ホーンシステムによって集束される。パイ中間子とK中間子のその後の崩壊から生じるニュートリノがニュートリノビームを形成する。これらのほとんどはミューニュートリノで、少量の電子ニュートリノが混入している。前置検出器でのニュートリノ相互作用は、初期のニュートリノフラックスとエネルギースペクトルを測定するのに用いられる。ニュートリノは相互作用が弱く、したがって通常は物質を通過するため、大部分のニュートリノは前置検出器と734 kmの岩石を通過し、その後後置検出器を通過して宇宙へと旅立つ。スーダンに向かう途中で、ミューニュートリノの約20%が他のフレーバーに振動する。

MINOS は、ニュートリノの二乗質量差と混合角の精密測定を目的として、近傍検出器と遠方検出器におけるニュートリノビームの組成とエネルギー分布の差を測定します。さらに、MINOS は遠方検出器における電子ニュートリノの出現を探し、ミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動確率を測定するか、その限界を設定します。

2006年7月29日、MINOS共同研究チームは、ミューオンニュートリノの消失から判断した振動パラメータの初期測定値を示す論文を発表しました。これらは、Δ m²
₂₃=2.74+0.44
−0.26× 10 ⁻³ eV ² /c ⁴およびsin ² (2 θ ₂₃ ) > 0.87 ( 68% 信頼限界)。^{[8] [9]}

2008年、MINOSは以前のデータの2倍以上（3.36×10 ^{20 個}の標的陽子、これには最初のデータセットが含まれます）を使用したさらなる結果を発表しました。これはΔ m 2 の最も正確な測定です。結果^は次のとおりです。Δ m²
₂₃=2.43+0.13
−0.13× 10 ⁻³ eV ² /c ⁴およびsin ² (2 θ ₂₃ ) > 0.90（90％信頼限界）。^[10]

2011年に、上記の結果は、2倍以上のデータサンプル（標的に対する7.25×10 ^20陽子の曝露）と改良された分析手法を使用して再度更新されました。結果は次のとおりです。Δm²
₂₃=2.32+0.12
−0.08× 10 ⁻³ eV ² /c ⁴およびsin ² (2 θ ₂₃ ) > 0.90（90%信頼限界）。^[11]

2010年と2011年に、MINOSは、反ニュートリノとニュートリノの消失量と質量に差があり、CPT対称性に違反するという結果を報告しました。 ^{[12] [13] [14]} しかし、2012年に追加データが評価された後、MINOSはこのギャップは埋まり、過剰はもう存在しないと報告しました。^{[15] [16]}

MINOS遠方検出器による宇宙線の結果は、測定された高エネルギー宇宙線と成層圏の温度との間に強い相関関係があることを示している。地下ミューオン検出器からの二次宇宙線の日々の変動が、成層圏の急激な温暖化^[17]や季節の変化^{[18]などの成層圏における惑星規模の気象現象と関連していることが示されたのはこれが初めてである。MINOS遠方検出器は、}太陽と月 による宇宙線の減少も観測することができる。^[19]

2007年にMINOS検出器を使った実験で、3  GeVニュートリノは1.000 051 (29)  c 68%信頼水準で、99%信頼水準では0.999 976  cから1.000 126  c。中心値は光速よりも高かったが、不確実性は十分に大きく、この高い信頼水準では光速以下の速度も排除できなかった。^{[20] [21]}

2012年にプロジェクトの検出器がアップグレードされた後、MINOSは最初の結果を修正し、ニュートリノと光の到着時間の差が-0.0006%（±0.0012%）で光速と一致することを発見しました。さらなる測定が行われる予定です。^[22]

北緯47°49′12″ 西経92°14′30″ / 北緯47.82000° 西経92.24167° / 47.82000; -92.24167

• NuMIとMINOS
• INSPIRE-HEPにおけるMINOS実験記録