T2K-Experiment

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  T2K-Nahdetektor T2K

Das Experiment T2K (Tokai to Kamioka) ist ein sogenanntes Long-Baseline-Neutrino-Oszillations-Experiment, das die Umwandlung von Neutrinos auf einer 295 km langen Strecke zwischen dem Ort ihrer Erzeugung am Japan Proton Accelerator Center (JPARC) in Tokai an der japanischen Ostküste und dem Nachweisort im Super-Kamiokande-Detektor im westjapanischen Ort Kamioka untersucht. In der T2K-Kollaboration arbeiten ca. 500 Beschleuniger- und Teilchenphysiker von Instituten aus elf Ländern. Eines der Hauptziele des Experiments war es, zum ersten Mal die Umwandlung von Myonneutrinos, aus denen der ursprüngliche Neutrinostrahl besteht, in Elektronneutrinos nachzuweisen, nachdem sie Japan 295 km weit unterirdisch durchquert haben. Erste Indizien zeigten sich im Jahre 2011, der tatsächliche Nachweis gelang im Rahmen einer Veröffentlichung im Jahre 2013. Seit dem Jahr 2014 werden am JPARC auch Antineutrinos erzeugt und deren Oszillationseigenschaften auf dem Weg zu Super-Kamiokande untersucht. Hieraus erhofft man sich Aufschluss über mögliche Unterschiede im Oszillationsverhalten zwischen Neutrinos und Antineutrinos (CP-Verletzung im leptonischen Sektor) und damit eine mögliche Erkärung für die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im Universum.

T2K verwendet einen Neutrinostrahl von hoher Intensitität und einer Energie, die die Entstehungswahrscheinlichkeit von Elektronneutrinos maximiert. Am JPARC-Beschleuniger werden hierfür 30 GeV Protonen auf ein Graphit-Target geschossen, um hauptsächlich Pionen zu erzeugen, die anschließend in Myon-Neutrinos zerfallen. Der Beschleuniger mit einer Designleistung von 0,75 MW erlaubt es, 1021 Protonen pro Jahr auf das Target zu schießen (protons on target - POT). Der Nahdetektor ND280 befindet sich 280 m hinter der Neutrinoquelle und vermisst die Eigenschaften des ausgesandten Neutrinostrahls, um z.B. die Verunreinigung durch andere Neutrinosorten (νe) abschätzen und somit systematische Effekte reduzieren zu können. Als Ferndetektor dient der 50 kt Wasser-Cherekovdetektor Super-Kamiokande. Das Experiment benutzt den weltweit ersten Off-Axis Neutrinostrahl, bei dem die Strahlführung um einen Winkel von ungefähr 2,5° gegenüber der Verbindungslinie zwischen J-PARC und Super-Kamiokande geneigt ist. Dies hat den Vorteil, einen relativ monoenergetischen Neutrinostrahl zu erzeugen, der die Interpretation der Messdaten vereinfacht.

Die Hauptbeiträge unserer Arbeitsgruppe sind:

T2K Gas Monitoring Kammer für die TPCs des Nahdetektors ND280

  • T2K Magnete zur Postionierung des Nahdetektors ND280

Links

T2K-Experiment

T2K introduction video

Super-Kamiokande-Detektor