อธิบายเกี่ยวกับแผ่นเหล็ก

นักวิจัยในแผนกฟิสิกส์พลังงานสูงของ Argonne มีส่วนสำคัญในการทำการทดลองที่เรียกว่า Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS) ซึ่งเปิดตัวในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และต่อมาได้ออกแบบและสร้างส่วนประกอบเครื่องตรวจจับจำนวนมาก ด้วยการให้การวัดที่แม่นยำครั้งแรกของคุณสมบัติพื้นฐานที่สุดของนิวตริโน นักฟิสิกส์ของ MINOS คาดหวังที่จะให้แสงสว่างใหม่เกี่ยวกับบทบาทที่อนุภาคเหล่านี้มีต่อการสร้างจักรวาล MINOS ถูกสร้างขึ้นโดยความร่วมมือของห้องปฏิบัติการแห่งชาติ มหาวิทยาลัย และสถาบันทางวิทยาศาสตร์มากกว่า 30 แห่งจากหกประเทศ Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) มีบทบาทนำ การก่อสร้างแล้วเสร็จในต้นปี 2548 และขณะนี้การทดลองกำลังเริ่มดำเนินการในระยะห้าปีแรก แผนกฟิสิกส์พลังงานสูงของ Argonne ได้จัดตั้ง "โรงงาน" เพื่อสร้างโมดูลเครื่องตรวจจับประกายไฟพลาสติกที่ Caltech มหาวิทยาลัยมินนิโซตา และ Argonne ได้สร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ "ส่วนหน้า" จำนวนมากที่รับและบันทึกสัญญาณจากเครื่องตรวจจับ MINOS ที่ "อยู่ใกล้" ที่ Fermilab และมีบทบาทสำคัญในการติดตั้งและการว่าจ้างเครื่องตรวจจับ นิวตริโนไม่มีประจุไฟฟ้า พวกมันถูกผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากในปฏิกิริยานิวเคลียร์บางปฏิกิริยา เช่น ที่เกิดขึ้นในกระบวนการฟิวชันที่ให้แสงสว่างแก่ดวงดาว แต่นิวตริโนแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารอื่น นิวตริโนที่ผลิตโดยดวงอาทิตย์สามารถเคลื่อนที่ผ่านโลกทั้งใบได้ตามปกติโดยไม่ทำปฏิกิริยากับอะตอมแม้แต่อะตอมเดียว นิวตริโนมีสามชนิด ได้แก่ อิเล็กตรอน มิวออน และเทา นิวตริโนที่หนักที่สุดอาจมีมวลเพียงหนึ่งในสิบส่วนล้านของมวลอิเล็กตรอน และนิวตริโนมีการเปลี่ยนแปลงจากประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่งอย่างต่อเนื่อง นิวตริโนทุกตัวเป็นการผสมผสานทางกลเชิงควอนตัมของสามประเภทหรือรสชาติ เมื่อเวลาผ่านไป คลื่นควอนตัมที่มาพร้อมกับรสชาติต่างๆ จะหลุดออกไป และดูเหมือนว่านิวตริโนอิเล็กตรอนจะแปรสภาพเป็นมิวออนนิวตริโนหรือเทานิวตริโนแล้วกลับมาอีกครั้ง "การแกว่ง" นี้แสดงหลักฐานที่ดีที่สุดว่าอนุภาคมีมวลที่แตกต่างกันและไม่เป็นศูนย์ แผ่นเหล็ก แต่คุณสมบัติที่ทำให้นิวตริโนน่าสนใจสำหรับนักฟิสิกส์ทำให้ยากต่อการศึกษา ถ้าพวกมันสามารถผ่านไปทั่วทั้งโลกโดยไม่โต้ตอบกับสิ่งใด คุณจะสังเกตพวกมันได้อย่างไร? การทดลองของ MINOS วางแผนที่จะสร้างนิวตริโนจำนวนมาก เล็งพวกมันไปที่เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ และวางระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดและเครื่องตรวจจับให้มากเพื่อให้นิวตริโนมีโอกาสแกว่งไปมา เส้นลำแสงที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษที่ Fermilab สร้างลำแสงของมิวออนนิวตริโนเกือบบริสุทธิ์ที่ผ่าน MINOS Near Detector ซึ่งตั้งอยู่ที่ Fermilab ก่อนเดินทางไปยัง “Far Detector” ซึ่งอยู่ห่างออกไป 450 ไมล์ในมินนิโซตา การเดินทางส่วนใหญ่อยู่ภายใต้รัฐวิสคอนซินที่ระดับความลึกไม่เกิน 10 กิโลเมตร อนุภาคบางส่วนเปลี่ยนเป็นนิวตริโนเอกภาพในระหว่างการเดินทาง และบางส่วนถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับ ข้อมูลอาจนำไปสู่การค้นพบเกี่ยวกับกลไกการแปรสภาพ การประมาณมวลของนิวตริโนแต่ละประเภทที่ดีขึ้น และอื่นๆ อีกมากมาย David Ayres หัวหน้าทีมนักฟิสิกส์และวิศวกรของ Argonne ที่ทำงานเกี่ยวกับ MINOS กล่าวว่า "นี่จะเป็นการทดลองนิวตริโนแบบพื้นฐานระยะยาวครั้งแรกที่ทำภายใต้สภาวะควบคุมที่มีความเข้มสูง ดังนั้นเราจึงสามารถวัดพารามิเตอร์การสั่นเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ" NuMI การสร้างนิวตริโนเป็นงานของนิวตริโนที่โครงการหัวฉีดหลัก (NuMI) ที่ Fermilab การกระทำส่วนใหญ่เกิดขึ้นภายในอุโมงค์ใหม่ยาวหนึ่งกิโลเมตรที่เริ่มต้นที่ Main Injector ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคอันทรงพลัง และเอียงลงสู่พื้นโลกไปทางทิศเหนือ การผลิตนิวตริโนเริ่มต้นด้วยการที่โปรตอนจับพลังงานขณะที่พวกมันไหลเวียนรอบหัวฉีดหลัก ลำแสงของโปรตอนซึ่งแต่ละอนุภาคบรรจุพลังงาน 120 พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ จะถูกแยกออกจากเครื่องเร่งความเร็วและเล็งไปที่เป้าหมายที่เป็นกราไฟต์ “นี่จะเป็นลำแสงที่มีความเข้มมาก” Ayres กล่าว “แม้จะเป็นไปตามมาตรฐานของ Fermilab และเรากำลังใช้มาตรการป้องกันที่เข้มงวดมากในการบรรจุและตรวจสอบสารกัมมันตภาพรังสีที่ผลิตเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการสร้างนิวตริโน” ลำแสงโปรตอนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มิลลิเมตร ทำปฏิกิริยากับอะตอมของคาร์บอนในเป้าหมาย ซึ่งเป็นกองกราไฟต์สี่เหลี่ยมผืนผ้ายาวประมาณ 3 ฟุต ทำให้เกิดอนุภาคทุติยภูมิจำนวนมาก ลำแสงของอนุภาคทุติยภูมิรวมถึงมีซอน ซึ่งเป็นกลุ่มของอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กและแอนตีควาร์ก ลำแสงถูกโฟกัสด้วยแม่เหล็ก “ฮอร์น” ​​สองตัว ซึ่งเป็นอุปกรณ์โลหะรูปทรัมเป็ตที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้า 200,000 แอมป์ ระยะห่างระหว่างเป้าหมายและแตรสามารถเปลี่ยนได้เหมือนเลนส์ซูม เพื่อให้ลำแสงของอนุภาคมีประจุที่สร้างขึ้นในเป้าหมายสามารถ "โฟกัส" ได้ การออกแบบนี้ช่วยให้เปลี่ยนพลังงานของลำแสง meson และลำแสงนิวตริโนที่เกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายในระหว่างการทดลอง อนุภาคทุติยภูมิเข้าสู่ท่อยาวกว่า 2,000 ฟุต ซึ่งพวกมันจะสลายตัวเป็นนิวตริโนและอนุภาคอื่นๆ หลายล้านล้านตัว ท่อสลายตัวสิ้นสุดในโช้คอัพฮาดรอน นี่คือกองอลูมิเนียมระบายความร้อนด้วยน้ำและบล็อกเหล็กและคอนกรีตที่หยุดโปรตอนและเมซอนที่เหลืออยู่ ด้านหลังนั้นมีชั้นหินที่ยังไม่ได้ขุดลึก 240 เมตรซึ่งดูดซับมิวออน นิวตริโนส่วนใหญ่ลอยผ่านสิ่งกีดขวางเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้ไปได้ ด้านหลังตัวดูดซับมิวออนคือโพรงขนาดใหญ่ 300 ฟุตใต้พื้นผิวซึ่งมี MINOS Near Detector ซึ่งเป็นรุ่นขนาดเล็กของ MINOS Far Detector เหล็ก 980 ตันและสารเรืองแสงวาบเป็น "ข้อมูลอ้างอิง" สำหรับนิวตริโนที่ไม่มีการแกว่งที่โผล่ออกมาจากลำแสง NuMI หลังจากผ่านเครื่องตรวจจับที่อยู่ใกล้แล้ว ลำแสงนิวตริโนจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 ฟุตและมุ่งหน้าไปทางตะวันตกเฉียงเหนือทำมุม 3.3 องศาลงสู่พื้นโลก การเดินทาง 450 ไมล์ผ่านหินแข็งใช้เวลา 0.0025 วินาที