중성미자 가속기 K2K T2K 응용 핵 물리 조원 김 수현 박 성현

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1 중성미자 가속기 K2K T2K 응용 핵 물리 조원 2009020011 김 수현 2009020031 박 성현
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2 1. 중성미자 2. K2K 3. T2K

3 중성미자 중성미자란? 탄생배경과 설명 태양 중성미자 우주선 중성미자

4 중성미자 – 중성미자란? 01

5 중성미자 – 탄생배경과 설명 01 1920년

6 중성미자 – 탄생배경과 설명 01 1931년 양성자 전자 외에 다른입자가 있을꺼야! 파울리

7 중성미자 – 탄생배경과 설명 01 1931년 양성자 전자 외에 다른입자가 있을꺼야! 파울리 그건 겨우 존재하는 입자군! 레더먼

8 중성미자 – 탄생배경과 설명 01 1943년 그 입자를 이제 중성미자라고 부르겠다!!!!! 페르미

9 중성미자 – 탄생배경과 설명 중성미자의 의문점 - 중성미자의 질량 질량이 0일 경우, 질량이 0이 아닐경우, 01
태양에서 오는 중성미자 우주선에서 검출되는 전자중성미자와 뮤온중성미자의 비 뮤온뉴트리노가 전자뉴트리노로 진동변환 질량이 0이 아닐경우, 위의 현상들에 대한 설명이 가능 다른 입자(특히 쿼크)들과 혼합이 가능 예) 가속기에서 전자중성미자 생성 후, 검출기에서 뮤온중성미자와 전자중성미자 가 혼합되어 나옴 현재까지는 검출하는데 실패

10 중성미자 – 탄생배경과 설명 01 중성미자의 질량 측정방법 중성미자의 진동현상을 이용하는 것!

11 중성미자 – 태양중성미자 01

12 전자중성미자의 관측은 예측된 결과보다 항상 값이 작음
중성미자 – 태양중성미자 01 핵융합 태양에너지 전자 중성미자 전자중성미자의 관측은 예측된 결과보다 항상 값이 작음 가설: 중성미자가 태양의 중심부에서 나오는 동안 태양내 물질과 상호작용하여 다른 중성미자로 변함

13 중성미자 – 우주선 중성미자 01

14 중성미자 – 우주선 중성미자 01

15 중성미자 – 우주선 중성미자 우주선 대기권돌파 지구표면도달 이론적으로 전자중성미자와 뮤온중성미자의 비 = 1:2
01 우주선 대기권돌파 지구표면도달 이론적으로 전자중성미자와 뮤온중성미자의 비 = 1:2 검출된 전자중성미자와 뮤온중성미자의 비 = 1:1 가설: 뮤온중성미자의 절반정도가 타우중성미자로 진동변환됨. 반면 전자중성미자는 질량과 거리의 한계로 진동변환되지 못함.

16 2. K2K 실험목표 물리학적 배경과 중요성 실험방법 중성미자 진동 탐색 방법 실험결과
KEK연구소 검출기에서 중성미자 충돌 관측방법 수퍼카미오칸데 검출기에서 중성미자 충돌관측방법 실험결과

17 K2K - 실험목표 일본 고에너지연구소(KEK)에서 뮤온중성미자( ν μ )
02 일본 고에너지연구소(KEK)에서 뮤온중성미자( ν μ ) 빔을 만들어 250km 떨어진 수퍼카미오칸데 검출기 로 쏘아 보내어 중성미자의 진동과 질량 존재를 명 확하게 검증하고 중성미자 진동상수( Δm2, sin 22θ ) 를 측정하는 것 중성미자의 질량을 직접 측정하는 대신에 중성미자의 진동변환을 통하여 질량존재 여부를 확인.

18 K2K – 물리학적 배경과 중요성 -수퍼카미오칸데 실험의 결과를 확인 -중성미자들의 질량차이를 측정
02 -수퍼카미오칸데 실험의 결과를 확인 -중성미자들의 질량차이를 측정 -중성미자의 질량을 직접 측정하기 어렵다 할지라도, 중성미자의 진동변환을 통하여 질량존재 여부를 확인 하는 것은 매우 중요.

19 K2K - 물리학적 배경과 중요성 -질량존재발견은 표준모형의 수정과 새로운 소립자 물리의 가능성을 의미.
02 -질량존재발견은 표준모형의 수정과 새로운 소립자 물리의 가능성을 의미. -중성미자의 질량은 우주팽창 과정에 중요한 요소

20 K2K - 실험방법 -일본 고에너지연구소(KEK)에서 가속기를 이용하여 ν μ 중성미자 빔을 만든다.
02 -일본 고에너지연구소(KEK)에서 가속기를 이용하여 ν μ 중성미자 빔을 만든다. -250km떨어진 수퍼카미오칸데 검출기로 쏘아 보내어 도중에 진동현상이 일어나는지를 알아보게된다. -진동현상이 일어나기전에 KEK 연구소내에서 중성미자 의 양을 정확하게 측정 -250km 떨어진 수퍼카미오칸데에서 또 한번 그 양을 측 정하여 비교.

21 K2K - 실험방법 02

22 K2K – 실험방법 중성미자 진동 탐색 방법 02 -먼거리에 걸쳐 수행되는 실험이기 때문에 강력한 중성미자 빔의 생성이 요구
-서로 멀리 떨어져 있는 검출장치들의 위치와 시간을 정확히 제어할 수 있는 인공위성을 이용한 원격위치측정기(GPS; Global Positioning System)가 사용된다. -중성미자의 진동변환 탐색은 두 원거리 검출장치에서의 관측된 충돌 개수와 에너지분포의 비교를 통하여 이루어 진다. -준탄성충돌( ν μ+n→μ -+p)만을 분리 선택하여, 진동변환이 일어나기 전에 중성미자의 개수, 에너지분포, 공간분포를 측정. -수퍼카미오칸데 까지 날아왔을때 예측한 중성미자의 개수, 에너지분 포와 비교

23 K2K – 실험방법 KEK연구소 검출기에서 중성미자 충돌 관측방법 02
KEK에서 생성된 중성미자 빔에 의해 광섬유궤적검출기의 물 표적에서의 준탄성충돌( ν μ+n→μ -+p)을 보여주고있음. 뮤온은 물 표적에서 중성미자 충돌에 의하여 생성되어,광섬유궤적검출기(왼쪽)를 지나 납유리검출기(중앙)를 통과하고 뮤온검출기(오른쪽)안에서 두께가 다른 몇겹의 철판들을지나다 멈추어진 것처럼 보인다. 뮤온이 광섬유와 뮤온가스통을 지날 때 만드는 신호는 색칠된 동그라미 모양으로 표시되었다.

24 K2K – 실험방법 수퍼카미오칸데 검출기에서 중성미자 충돌 관측방법 02
KEK연구소에서 날아온 중성미자가 수퍼카미오칸데에서 충돌을 일으킨 사건만을 골라내는 방법을 보여주고 있다. 비교적 높은 에너지의 뮤온 입자가 관측되며 GPS에 의한 빔이 도달하는 시간과 관측된 시간이 일치하는 사건들만을 선택하게 된다.

25 K2K – 실험결과 02 -중성미자의 진동변환이 없는 경우 수퍼카미오칸데에서 개의 중성미자 충돌이 예상했으나 실제로관측된 것은 108개로서 중성미자의 진동변환이 일어남을 확고히 입증.

26 K2K – 실험결과 -K2K의 최종 결과는 ν μ가 ν τ로 진동변환함을 나타낸다.
02 -K2K의 최종 결과는 ν μ가 ν τ로 진동변환함을 나타낸다. -중성미자 진동변환의 발견은 입자물리학의 표준모형을 벗 어난 새로운 물리의 탐색 가능성을 열어 놓았다. 중성미자 의 질량과 섞임의 측정은 대통일 이론을 검증할 수있는 가 능성을 보여줄 것이다. -경입자의 섞임은 쿼크들의 섞임과는 전혀 다른 구조를 가지 고 있어 입자물리학의 큰 과제인세대문제(generation problem)에 대한 해답을 제시할 것으로 믿고 있다. .

27 2. T2K T2K란? T2K실험 실험방법 실험목표 우리나라와의 연계

28 T2K – T2K란? 03

29 T2K – T2K란? 03 T2K(Tokai to Kamioka) 장거리 중성미자 진동변환 실험

30 T2K – T2K실험 03 T2K 실험은 J-PARC 양성자 가속기를 이용하여 발생시킨 중성미자를 J-PARC 가속기 연구소 내에 설치된 근거리 중성미자 검출기와 이곳에서 295 km 떨어진 수퍼카미오칸데 검출기를 이용하여 두 검출기에서의 중성미자 빔의 변화를 통해 중성미자 진동상수를 측정하는 목적을 가지고 있습니다. T2K 실험의 특징은 중성미자의 에너지에 대한 불확실성을 최소화하기 위하여 off-axis 중성미자 빔을 이용한다는 것입니다.

31 T2K – 실험목표 03 뮤온 중성미자가 전자 중성미자로 변환되는 진동변환 탐색
2. 뮤온 중성미자가 없어지는 진동변환을 통하여 진동상수의 정밀 측정 3. 뮤온 중성미자가 없어지는 진동변환에서 중성류에 의한 중성미자를 관측함으로써 관측되지 않는 중성미자 (steril neutrino)를 탐색

32 T2K – 실험방법 03 1. J-PARK의 양성자 가속기를 통해 뮤온중성미자 빔 생성
2. 뮤온중성미자 빔을 Near Detector를 통해 측정 3. 뮤온중성미자 빔(beam)을 J-PARC(tokai)에서 Super-Kamiokande(kamioka)로 쏘아 보냄. 4. 투사 후 Super-Kamiokande에 도달한 뮤온중성미자 빔을 Super-Kamiokande를 통해 측정 5. 두 검출기에서 중성미자 빔의 변화를 통해 중성미자 진동상수를 측정

33 T2K – 우리나라와의 연계 03 일본 J-PARC팀은 일본 토카이에 양성자가속기로부터 중성미자 빔을 쏘아 한국의 경북 지역의 대규모 검출기에서 이를 측정하는 실험을 추진. 일본에서 한국에 걸쳐 관측될 중성미자와 반중성미자 검출실험은 중성미자의 대칭성이 얼마나 깨지는지 여부를 측정함으로써 우리 우주의 형성원리를 규명하는 데 기여할 것으로 전망.

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35 질의 및 응답 자료 출처 네이버 캐스트, 두산백과, 사이언스 올, 네이버 블로그 - 우렁이의 자료방
2. Search for Neutrino Mass in the Long Baseline Neutrino Oscillation Experiment (서울대학교 김수봉 교수) 3. 이화여대 PPT (교수님께서 주신 자료) 이 문서는 나눔글꼴로 작성되었습니다. 설치하기