MINOS

MINOS-Detektor

MINOS (Akronym für Main Injector Neutrino Oscillation Search) ist ein Neutrinoexperiment für Myon-Neutrinos des Soudan Underground Laboratory.

Aufbau des Experiment

Untersucht werden die Neutrinos aus einem am Fermilab in Illinois erzeugten Neutrinostrahl. Dieser Strahl entsteht, indem Protonen auf ein Graphittarget geschossen werden, die u. a. Kaonen und Pionen (Mesonen) erzeugen. Diese wiederum zerfallen u.a. in Myonen, deren Zerfall letztlich die Neutrinos erzeugt. Die Ausrichtung des Strahls ist möglich durch die Ausrichtung der Bahnen der geladenen Mesonen in Magnetfeldern.

Das Experiment besteht aus zwei Detektoren, einem nahen Detektor (ND) etwa 900 m vom Ort der Erzeugung entfernt, und einem entfernten Detektor (FD) 735 km entfernt in der ehemaligen Soudan-Eisenmine (Minnesota/USA). Beide Detektoren sind Tracking-Kalorimeter, die aus abwechselnd angebrachten 2,54 cm dicken Stahlplatten und Szintillatorstreifen bestehen. Hierbei werden im FD 486 achteckige Stahlplatten mit einem Durchmesser von 8 m verwendet, sodass sich eine Detektormasse von 5400 t ergibt. Der Nahdetektor muss wegen des größeren Neutrinoflusses nah an der Quelle nicht so groß sein, sodass dort lediglich 282 Platten verwendet werden, sodass sich ein Gesamtgewicht von 980 t ergibt. Die Stahlplatten sind magnetisiert, um über die Krümmungen der Teilchenbahnen den Impuls erzeugter Myonen messen zu können. Die durchschnittliche Flussdichte beträgt dabei 1,28 T im ND bzw. 1,42 T im FD.

Nachgewiesen werden die Neutrinos in den Detektoren durch Reaktionen mit geladenen Strömen, ${\bar {\nu }}_{\mu }(\nu _{\mu })+N\rightarrow \mu ^{+}(\mu ^{-})+X$, wobei N ein Nukleon und X ein hadronischer Schauer ist. Durch die Messung der Energie dieses Schauers und die Impulsbestimmung der Myonen lassen sich Rückschlüsse auf die Neutrinoenergie ziehen.

Physikalische Ziele

Ziel des Experiments ist die Untersuchung der Neutrinooszillationen und die Bestimmung von Oszillationsparametern. Insbesondere sollen die Mischungswinkel und Differenzen der Massenquadrate genauer als bisher bestimmt werden. Außerdem stellt der Vergleich der Mischungswinkel von Neutrinos und Antineutrinos eine Möglichkeit dar, nach Physik jenseits des Standardmodells zu suchen. Sollte sich bei der Messung eine von Null verschiedene CP-verletzende Phase ergeben, so könnte dies eine Erklärungsgrundlage für die beobachtete Asymmetrie zwischen dem Vorkommen von Materie und Antimaterie sein.

Dieses Ziel erreicht man durch die Messung des Neutrino-Spektrums im ND, womit sich ein erwartetes Spektrum im FD berechnen lässt. Ein Vergleich der Messung dort mit der Erwartung erlaubt Rückschlüsse auf Eigenschaften der Neutrinos.

Weblinks

• MINOS for the Public numi.fnal.gov
• Neutrino surprise emerges from MINOS physicsworld.com, abgerufen am 8. Februar 2011