Оригиналът: Search for Supernova Relic Neutrinos

Супернова остатък във Вселената

През февруари 1987 г., на детектора Камиоканде открити първите неутрино в света от свръхнова разрушаване. (Виж още) Оттогава никой експлозия на свръхнова е появил в или близо до нашата галактика, така че ние не са наблюдавани никакви неутрино от супернова избухна оттогава.

Експлозии на свръхнови в нашата галактика може да са доста редки, но свръхнови самите не са. Като цяло, има едно ядро колапс свръхнова (ccSN) някъде във Вселената всяка секунда. На неутрина, излъчвани от всички тези ccSN от началото на звездна формация са кръвонаседнали Вселената. Ние се отнасяме към това като по този начин-далеч неспазения поток като разлят Супернова Неутрино Контекст [DSNB], известен също като „реликва“ свръхнови неутрина.

Откриването на неутрина на свръхнова реликтни ни дава възможност да се изследва историята на звездообразуване, ключов фактор в космологията, нуклеосинтез и звездната еволюция. Освен това, проучването на свръхнови залпове, които произвеждат и разпръсне елементи по-тежки от хелий, е от жизненоважно значение да се разбере много аспекти на настоящото Вселената.

Нов метод за откриване на свръхнови реликтни неутрино

Потокът на свръхнова реликва неутрина се очаква да бъде няколко десетки на квадратен сантиметър в секунда. Това е много слаб в сравнение с потока от по-високи енергийни неутрино: шест милиона на квадратен сантиметър в секунда. Теоретични модели са различни, но най-много пет свръхнова реликтни неутрино годишно над 10 MeV се очаква да взаимодействат в Супер-Камиоканде. Все пак, за да се разделят на редки DSNB сигнали от много по-чести слънчеви неутрина и други среди, ние се нуждаем от нов метод за откриване.


Нов метод за откриване на свръхнови реликтни неутрино

Супернова поредици генерират всички видове неутрино, обаче, поради неговата по-голям напречен разрез, анти-електрон неутрино са най-обилно открити неутрина във водна Черенков детектор като супер-Камиоканде.Около 80% от откриваеми свръхнови неутрино събития са обратни бета взаимодействия: анти-електрон неутрино взаимодейства с протон, завършил с позитрон и неутрон в крайното състояние. Супер-K може да открие релативистичната позитрона, защото той излъчва Черенков светлина. Но за да се идентифицира сигнал, че произхождат от анти-електрон неутрино, ние трябва да се открие не само позитрона, но и неутрона.

Обмисляме разтваряне концентрация 0.2% на гадолиний съединение в Супер-Камиоканде с цел откриване на неутрона. Напречното сечение на гадолиний за улавяне на неутрони е много голяма, и гадолиний след това излъчва каскада от наблюдаваните гама лъчи след реакцията на улавяне. Съвпадат с откриването на Серенков светлина позитрон, следвани скоро след това, в приблизително едно и също място, като дъжд от гама лъчи, ще послужи за установяване на положително обратни бета реакции в детектора.

След като добавите гадолиний да Супер-Камиоканде, ние очакваме да записва до 20 свръхнови реликва неутрино сигнали – почти без фон – след пет години данните. Това ще бъде първият в света за наблюдение на DSNB. Същата съвпадение техниката също така ще позволи Супер-K, за да направи много висока статистика измерване на анти-електрон неутрино поток и спектъра от всички японски ядрени реактори на, при което се получават в света най-точно определяне на параметрите на смесване свързване на първите две поколения неутрино.

Доказване на Принцип на експеримент е в ход

Супер-Камиоканде иска да продължи нейното прецизно наблюдение на слънчеви, атмосферни и изкуствени неутрино, така че е необходимо да се потвърди, че добавянето на гадолиний няма да се отрази негативно на други неутрино наблюдения. Ето защо, ние сме разкопани нова експериментална зала за посветен гадолиний R & D проучвания; тя се намира близо до детектора Супер-Камиоканде в мината Камиока. Съоръжението за изпитване гадолиний състои от 200т от неръждаема стомана резервоар, съдържащ 240 50-см фотоумножителни тръби (227 50-см тръби са от същия тип, както в Супер-K и 13 от тях са прототипи за Хипер-Камиоканде), DAQ електроника, калибриране оборудване, устройство за измерване дължината на вода отслабване, както и система за селективно филтриране на вода, за да остане на водата чиста, все още запазват разтваря гадолиний в разтвор.

テ ス ト 用 200 ト ン タ ン ク
Съоръжението за изпитване гадолиний

Новата лаборатория за съоръжението за изпитване гадолиний е завършен през март 2010 г., и главният 200-тонен резервоар е завършен през юни 2010 г. Извършените тестове на иновативна система за селективно циркулация на водата, със и без разтваря гадолиний сулфат в основния резервоар, бяха извършва от 2011 г. до началото на 2013 г. През август 2013 г. 240 фотоумножителни тръби са монтирани в резервоара и се свързва към системата DAQ, превръщайки тест резервоара за 200-тонен в оперативна детектор.

В началото на 2014 система за филтриране на водата се повиши, и като се започне през ноември същата година оперативната детектора 200-тонен били натоварени в стъпки с гадолиний. До края на април 2015 бяхме постигнали целевата концентрация на 0.2% гадолиний сулфат от масата.

タ ン ク 内部
Вътре на главната 200-тонен резервоар

Ние тъй като потвърди, че дължината на вода затихване в напълно зареден Gd-тест детектора се поддържа на същото ниво като дължината затихване на ултрачиста вода в Супер-Камиоканде. Други усилия за калибриране са ни позволи да наблюдаваме лъчеви каскади гама, излъчвани от разтваря гадолиний след неутронно улавяне, както и да се потвърди, че нашите симулации на тази нова вода Черенков технологии са точни и надеждни. Сега сме много близо до целта на този експеримент за доказване на принцип.