В международном научном центре J-PARC (Япония) продолжается активная работа по модернизации ближнего детектора эксперимента T2K для исследования осцилляций нейтрино.

Эксперимент T2K на ускорительном комплексе J-PARC начал работу в 2010 году и изначально был нацелен на определение угла смешивания \(\Theta_{13}\) (ключевого недостающего на тот момент элемента матрицы смешивания Понтекорво – Маки – Накагава – Саката) и измерение параметров нейтринных осцилляций \(\Delta m^{2}_{32}\) и \(sin^{2}2\Theta_{23}\)  с точностью \(10^{-4}\) эВ² и \(0,01\) соответственно.

В эксперименте используется пучок нейтрино высокой интенсивности от сверхмощного протонного ускорителя, а известная установка Super-Kamiokande, расположенная на расстоянии 295 км от источника нейтрино, используется в качестве дальнего детектора. В Т2К впервые была реализована методика проведения эксперимента с использованием дальнего детектора, расположенного на большом расстоянии от источника нейтрино и под фиксированным углом (2,5 градуса) к оси пучка.

Для измерения энергетического спектра нейтрино, точного определения примеси электронных нейтрино в пучке мюонных нейтрино и детального исследования нейтринных взаимодействий в эксперименте T2K используется ближний детектор ND280, расположенный на расстоянии 280 м от мишени. Этот детектор собран внутри раздвижного магнита, который использовался ранее в экспериментах UA1 и NOMAD (CERN).

В 2013 году в эксперименте T2K был открыт новый тип нейтринных осцилляций \(\nu_{\mu} \to \nu_{e}\). Теперь научная программа исследований направлена на обнаружение нарушения CP-симметрии в лептонном секторе и измерение фазы \(\delta_{CP}\) путем сравнения вероятности осцилляций для нейтрино и антинейтрино.

Для достижения этих целей было принято решение о модернизации ближнего детектора ND280 для дальнейшего уменьшения систематических ошибок в измерении сечений взаимодействия нейтрино и антинейтрино. Активная фаза реализации этого проекта началась в 2017 году.

Группа физиков и инженеров ЛЯП внесла важный вклад в создание нового типа мишени для нейтринных взаимодействий — SuperFGD (Super Fine-Grained Detector). Этот детектор (с массой 2 тонны) собран из примерно двух миллионов (1991808) сцинтилляционных кубиков размером 1 см³, пронизанных в трех направлениях 56382 спектросмещающими оптическими волокнами. Более подробную информацию о вкладе группы из ЛЯП можно найти тут.

Сотрудники ЛЯП участвуют и в подготовке системы сбора данных ближнего детектора ND280. Научный сотрудник НЭОМАП Н. В. Хомутов в июле – августе 2023 года участвовал в разработке и отладке программного обеспечения системы сбора данных MIDAS для детектора SuperFGD непосредственно в J-PARC. Сейчас он продолжает удаленно заниматься разработкой веб-интерфейса (MIDAS custom page) для настройки параметров электроники SuperFGD.

Сотрудники ЛЯП также участвовали в создании новых горизонтальных время-проекционных камер, которые расположены с двух сторон активной мишени SuperFGD.

В сентябре – октябре 2023 года в J-PARC был выполнен важнейший этап работ по модернизации детектора ND280: внутрь магнита были установлены последовательно нижняя время-проекционная камера (фото 1) и активная мишень SuperFGD (фото 2). Работоспособность активной мишени SuperFGD и время-проекционной камеры была проверена с использованием треков от космических частиц (фото 3).

На середину ноября в эксперименте T2K запланирован первый период набора экспериментальных данных с модернизированным ближним детектором ND280 с использованием пучка нейтрино от ускорителя J-PARC. В наборе данных в J-PARC будут участвовать и сотрудники ЛЯП.

 Борис Альбертович Попов,

Юрий Иванович Давыдов

Фото 1. Нижняя время-проекционная камера установлена.

Фото 2. SuperFGD внутри детектора ND280.

Фото 3. Треки от космических частиц в нижней время-проекционной камере.

Фото 4. Нижняя время-проекционная камера опускается в шахту, в которой расположен детектор ND280.

Фото 5. SuperFGD опускается в шахту, в которой расположен детектор ND280.