Перейти к содержимому


Ловим нейтрино: Как выглядят 11 146 фотоумножителей


Сообщений в теме: 9

#1 nessie264

    Переводчик

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 10 205 сообщений
  • LocationРоссия Снежинск-Тольятти

Отправлено 09 Январь 2014 - 06:04

Как выглядят 11 146 фотоумножителей


Изображение

Лаборатория с нейтринным детектором


Этот эксперимент стартовал довольно давно. Но из-за трагического землетрясения 2011 года и последовавших за ним событий собрать полную статистику удалось много позже запланированного. Тем не менее, ожидание того стоило. J-PARC разгонял протоны, сталкивая их с материалом мишени, что создавало в основном положительные пионы, распадавшиеся на антимюоны и мюонные нейтрино. Именно последние направлялись к Super-Kamiokande — ёмкости из нержавеющей стали, наполненной 50000 тоннами воды, на стенках которой находились 11146 фотоумножителей, регистрирующих различные типы нейтрино.

При этом за время эксперимента из прибывавших нейтрино 28 оказались не мюонными, а электронными — то есть с признаками превращения одного типа в другой буквально на лету.

Если бы эти нейтрино были случайностью, по всем расчётам их не могло быть более пяти, поэтому сейчас вероятность ошибочной регистрации осцилляции (спонтанного превращения нейтрино одного вида в другой) расценивается как меньшая, чем один к триллиону.

Предположения о возможности таких превращений, разумеется, уже делались в литературе, причём даже на основании некоторых опытов, но объём накопленных данных не позволял говорить об осцилляции как о физическом факте. «Теперь мы можем говорить об открытии», — уверен Дэвид Уорк (David Wark) из Научно-технологического совета Великобритании, один из участников эксперимента Токай — Камиока.
Итак, нейтрино трёх типов вполне могут спонтанно превращаться друг в друга. Данные детектора вполне недвусмысленно подтвердили гипотезу, выдвинутую Понтекорво 56 лет назад.

Открытие не только подтверждает гипотезу о возможности осцилляций, высказанную советским физиком Б.М. Понтекорво в 1957 году, но и окончательно закрывает проблему солнечных нейтрино, а именно то, что количество регистрируемых солнечных электронных нейтрино в два–три раза меньше, чем предсказывает стандартная солнечная модель современной физики.

Отчёт об исследовании представлен 19 июля на собрании Европейского физического общества в Стокгольме (Швеция)

Как это выглядит

На километровой глубине в цинковой шахте Камиока (Япония) работают не шахтёры, а учёные — здесь находится лаборатория с нейтринным детектором Super-Kamiokande. Он предназначен для поиска гипотетического распада протона, изучения нейтрино, а также регистрации нейтринных вспышек сверхновых.

Изображение
Детектор представляет собой резервуар из нержавеющей стали высотой 42 м и диаметром 40 м, заполненный 50 000 тонн специально очищенной воды.

Изображение

На стенах резервуара размещены 11 146 фотоумножителей. Также детектор оснащён огромным количеством электроники, компьютеров, калибровочных устройств и оборудованием для очистки воды. Это чрезвычайно светочувствительные приборы: при попадании на их поверхность даже одного кванта света они генерируют электрический импульс, который затем обрабатывает специальная электронная система.
Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

Источник

#2 U-235

    Активный пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 2 208 сообщений
  • LocationЮжный Урал

Отправлено 09 Январь 2014 - 06:38

Выглядит впечатляюще! Но у нас сделали проще - нейтринный детектор погрузили в Байкал. Да и конструкция другая, наш вытянут в длину.

Два чисто технических вопроса: где они нашли 11146 малошумящих ФЭУ? Разве что специально изготовили. И после монтажа сколько они ждали, пока ФЭУ "устаканятся"? Уж больно там лампочки яркие. ;)

Сообщение отредактировал U-235: 09 Январь 2014 - 06:41


#3 nessie264

    Переводчик

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 10 205 сообщений
  • LocationРоссия Снежинск-Тольятти

Отправлено 09 Январь 2014 - 06:47

Лично меня радует то, что кто-то такими вещами по-прежнему в мире занимается. Несмотря ни на что. И это внушает надежду.

#4 pkdr

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 4 940 сообщений

Отправлено 09 Январь 2014 - 09:50

Просмотр сообщенияU-235 (09 Январь 2014 - 06:38 ) писал:

Два чисто технических вопроса: где они нашли 11146 малошумящих ФЭУ?
Есть простой проверенный способ: нужно иметь 1114600 ФЭУ :)

#5 pkdr

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 4 940 сообщений

Отправлено 09 Январь 2014 - 09:56

Просмотр сообщенияnessie264 (09 Январь 2014 - 06:04 ) писал:

На стенах резервуара размещены 11 146 фотоумножителей. Также детектор оснащён огромным количеством электроники, компьютеров, калибровочных устройств и оборудованием для очистки воды. Это чрезвычайно светочувствительные приборы: при попадании на их поверхность даже одного кванта света они генерируют электрический импульс, который затем обрабатывает специальная электронная система.
Автор немного лукавит, да каждый импульс на счётчике соответствует одному фотону, но квантовая физика неумолима, шум всё равно будет. А вот выделить всплеск из 3-4 фотонов очень хороший ФЭУ может (здоровый человеческий глаз, приспособившийся к темноте может выделить и 2-3 фотона).

#6 U-235

    Активный пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 2 208 сообщений
  • LocationЮжный Урал

Отправлено 09 Январь 2014 - 10:03

Просмотр сообщенияpkdr (09 Январь 2014 - 09:50 ) писал:

Есть простой проверенный способ: нужно иметь 1114600 ФЭУ :)
Именно так мы и делали - соорудили приблуду для отбора ФЭУ и если не один из100, то уж 1 из 30-40 отбирался. :)

#7 pkdr

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 4 940 сообщений

Отправлено 09 Январь 2014 - 10:20

Просмотр сообщенияU-235 (09 Январь 2014 - 10:03 ) писал:

Именно так мы и делали - соорудили приблуду для отбора ФЭУ и если не один из100, то уж 1 из 30-40 отбирался. :)
Я тоже вариант не только что придумал. :) Сам когда-то мерял спектры на установке для которой отобрали 1 из 40 ФЭУ (2 ящика по 20 ФЭУ) нужен был очень чувствительный. На 100 я умножил, чтобы число понятнее было, и добавить два нолика к числу проще.

#8 Radonezh

    Администратор форума

  • Администраторы
  • 1 852 сообщений

Отправлено 10 Январь 2014 - 12:16

Сейчас полупроводниковые аналоги появились ФЭУ. Самые примитивные на лавинном, но там порядка 4 получить можно. Это мало. Сейчас и 5-6 порядков можно получить.
Я нашел недостающее звено между обезьяной и человеком! Теперь осталось найти человека.

#9 pkdr

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 4 940 сообщений

Отправлено 10 Январь 2014 - 01:40

Просмотр сообщенияRadonezh (10 Январь 2014 - 12:16 ) писал:

Сейчас полупроводниковые аналоги появились ФЭУ. Самые примитивные на лавинном, но там порядка 4 получить можно. Это мало. Сейчас и 5-6 порядков можно получить.
Для обсуждаемой в статье задачи (а также очень много других экспериментов) от ФЭУ нужны одновременно и крайне высокая чувствительность (так как нейтрино дают крайне малое количество событий, отсюда и громадные размеры установки и количество ФЭУ) и минимальные шумы (чтобы выделить события на фоне квантовых шумов), а хороший вакуумный ФЭУ может выделить считанные фотоны и при этом обладать минимумом шума и ложных срабатываний. У лавинных же диодов оба этих параметра не дотягивают. Хотя для многих более прозаических применений полупроводниковые хорошо подходят.

#10 U-235

    Активный пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 2 208 сообщений
  • LocationЮжный Урал

Отправлено 10 Январь 2014 - 05:26

Просмотр сообщенияRadonezh (10 Январь 2014 - 12:16 ) писал:

Сейчас полупроводниковые аналоги появились ФЭУ. Самые примитивные на лавинном, но там порядка 4 получить можно. Это мало. Сейчас и 5-6 порядков можно получить.

Они появились не сейчас. Идея замены ФЭУ на фотодиод витала в воздухе, однако развития не получила. К доводам pkdr могу добавить, что кроме чувствительности и малошумности немаловажную роль играет большое входное окно ФЭУ (для конкретной установки). А вот тут полупроводники отдыхают. Как замена ФЭУ, полупроводники подойдут для пластиковых сцинтилляторов с развитой поверхностью, да и то, для грубых экспресс-измерений aka бета-радиометрия. Если же говорить о полупроводниках вообще, то касаемо измерений ионизирующих излучений, для каждого вида есть свои детекторы - для гамма-излучения - от Ge(Li) -до ОЧГ (особо чистого германия), для альфа-изучения - от золотокремиевого детектора до ионно-имплантированного детектора, который может детектировать и бета-излучение. Есть ещё такой прикол - бета-спектрометр - ни разу не видел реально работающего аппарата. :)

Сообщение отредактировал U-235: 10 Январь 2014 - 05:29






Количество пользователей, читающих эту тему: 1

0 пользователей, 1 гостей, 0 анонимных