Monitored neutrino beam
મોનિટર કરેલા ન્યુટ્રિનો બીમ એ ન્યુટ્રિનોના ઉત્પાદન માટેની સુવિધાઓ છે જે સુવિધાના અંદર અને બહાર બનેલા કણોના પ્રવાહના અભૂતપૂર્વ નિયંત્રણ સાથે છે. પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો બીમ એ કણ પ્રવેગકો દ્વારા ઉત્પાદિત ન્યુટ્રિનોના બીમ છે. ન્યુટ્રિનો એ તટસ્થ કણો છે જે દ્રવ્ય સાથે નબળો સંપર્ક કરે છે, તેથી પ્રવેગકો પર ન્યુટ્રિનોના ઉત્પાદન દરનું નિરીક્ષણ કરવું એ એક મોટો પ્રાયોગિક પડકાર છે. એમ. શ્વાર્ટઝ અને બી. પોન્ટેકોર્વોએ 1960માં ન્યુટ્રિનોનું ઉત્પાદન કરવા માટે પ્રવેગકનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરી હતી. તેમના વિચારો પ્રથમ ન્યુટ્રિનો પ્રયોગમાં લાવવામાં આવ્યા હતા જ્યાં બેરિલિયમ લક્ષ્યમાં પ્રોટોનના સ્કેટરિંગમાંથી પ્રવેગક દ્વારા ન્યુટ્રિનો ઉત્પન્ન કરવામાં આવ્યા હતા. આ સ્કેટરિંગ કણોની સંપત્તિ પેદા કરે છે અને, ખાસ કરીને, પિયોન, જે મ્યુઓન અને ન્યુટ્રિનો ઉત્પન્ન કરીને ક્ષીણ થાય છે. લેડરમેન, શ્વાર્ટઝ, સ્ટેઇનબર્ગર અને સહયોગીઓ દ્વારા સૌપ્રથમ હાથ ધરવામાં આવેલા આ પ્રયોગમાં બે ન્યુટ્રિનો સ્વાદનું અસ્તિત્વ દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. તે સમયે, પ્રોટોનને પ્રવેગકની બહાર પણ ન લઈ જવામાં આવતા હતા પરંતુ લક્ષ્યને પ્રોટોન ભ્રમણકક્ષાની નજીક દાખલ કરવામાં આવતું હતું. બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરીના એજીએસ પ્રવેગકમાં પ્રોટોનને પ્રવેગકના ટૂંકા સીધા સત્રમાં આંતરિક બી લક્ષ્ય પર પ્રહાર કરવા માટે લાવવામાં આવ્યા હતા. આધુનિક પ્રયોગો પ્રોટોનને પ્રવેગકની બહાર લઈ જાય છે અને ચુંબકીય શિંગડા અથવા ચતુર્ભુજ અને દ્વિધ્રુવ પર આધારિત સ્થિર કેન્દ્રિત પ્રણાલી દ્વારા લક્ષ્ય પછી ઉત્પન્ન થયેલા કણોને કેન્દ્રિત કરે છે. ફોકસિંગ સિસ્ટમ ન્યુટ્રિનો ડિટેક્ટર તરફ નિર્દેશ કરતા પિયોનના પ્રવાહને વધારે છે અને આ પિયોનના ચાર્જ અને વેગને પસંદ કરે છે. ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યા પછી, પિયોન ટનલ સાથે પ્રસરે છે અને આવી પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ક્ષીણ થાય છે. જ્યારે ન્યુટ્રિનો ટનલની દીવાલને પાર કરે છે ત્યારે તમામ નિષ્ક્રિય પિયોન અને તમામ મ્યુઓન ટનલના અંતે બંધ થઈ જાય છે કારણ કે તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંભાવના ખૂબ ઓછી હોય છે. ટનલના અંતથી મોટા અંતરે, ન્યુટ્રિનોના તીવ્ર પ્રવાહ સિવાય કોઈ કણો હાજર નથી. નિદાન અને પ્રવાહ નિર્ધારણ પ્રારંભિક પ્રયોગોમાં, ન્યુટ્રિનોના પ્રવાહનો અંદાજ લક્ષ્ય પછી ઉત્પાદિત પિયોનની સંખ્યાને માપવા અને ટનલના અંતે ઉત્પાદિત મ્યુઓનનું નિરીક્ષણ કરીને કરવામાં આવ્યો હતો. ન્યુટ્રિનો ઓસિલેશનની શોધ પછી, ઉચ્ચ ચોકસાઇવાળા બીમની જરૂરિયાતએ અત્યાધુનિક દેખરેખ પ્રણાલીઓના નિર્માણને પ્રોત્સાહન આપ્યું. તેઓ ઘન-સ્થિતિ લક્ષ્યો (બેરિલિયમ, ગ્રેફાઇટ) પર પ્રોટોન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલા કણોની સંખ્યાને માપવા માટે સમર્પિત પ્રયોગો પર આધારિત છે. બીમલાઇનમાં પ્રોટોન બીમ, લક્ષ્ય, ફોકસિંગ સિસ્ટમ અને સડો ટનલનો સમાવેશ થાય છે, અને તે મોન્ટે કાર્લો પદ્ધતિઓ દ્વારા અનુકરણ કરવામાં આવે છે. લક્ષ્ય પર અસર કરતા પ્રોટોનની સંખ્યા અને મ્યુઓનના દરને માપવા દ્વારા પ્રવાહની વિવિધતાઓનું વાસ્તવિક સમયમાં નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. આ તમામ તકનીકો પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની મૂળભૂત ટૂલકિટ છે અને બીમ ડાયગ્નોસ્ટિક્સ દ્વારા વારસામાં મળી છે. આધુનિક મોનિટર્ડ ન્યુટ્રિનો બીમ મોનિટર્ડ ન્યુટ્રિનો બીમ એ બીમ છે જ્યાં નિદાન સીધા ન્યુટ્રિનોના પ્રવાહને માપી શકે છે કારણ કે પ્રયોગકારો એક-કણ સ્તરે ન્યુટ્રિનો સાથે સંકળાયેલા લેપ્ટોનના ઉત્પાદનનું નિરીક્ષણ કરે છે. દાખલા તરીકે, જો મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો ક્ષય દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, તો તેનો દેખાવ અનુરૂપ એન્ટિમ્યુનના નિરીક્ષણ દ્વારા સંકેત આપવામાં આવે છે. આ એક સીધો અંદાજ છે કારણ કે તે ક્ષય દ્વારા ઉત્પાદિત એન્ટિમ્યુનોની સંખ્યા મ્યુઓન ન્યુટ્રિનોની સંખ્યા જેટલી છે. તેવી જ રીતે, કેઓન ક્ષય દ્વારા ઉત્પાદિત ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો-ઉદાહરણ તરીકે-પોઝિટ્રોનના નિરીક્ષણ દ્વારા સંકેત આપવામાં આવે છે. પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો બીમની ક્ષય ટનલમાં લેપ્ટોનના ઉત્પાદનનું નિરીક્ષણ કરવું એક પડકાર છે કારણ કે લેપ્ટોન અને પૃષ્ઠભૂમિ કણોની સંખ્યા વિશાળ છે. 1980 ના દાયકામાં, યુ. એસ. એસ. આર. માં "ટેગ કરેલા ન્યુટ્રિનો બીમ સુવિધા" ના માળખામાં મોનિટર કરેલા ન્યુટ્રિનો બીમનું નિર્માણ કરવામાં આવ્યું હતું. આ સુવિધા ન્યુટ્રિનો પ્રયોગોને પોષણ આપવા માટે પૂરતા પ્રવાહ સુધી પહોંચી ન હતી અને બાદમાં તેને ટેગ કરેલા કેઓન બીમ સુવિધામાં મોકલવામાં આવી હતી. વર્તમાન ન્યુટ્રિનો બીમ મ્યુઓનને રેકોર્ડ કરે છે પરંતુ તેઓ એક-કણ સંવેદનશીલતા સુધી પહોંચી શક્યા નથી. ફ્લક્સ પર તેમની ચોકસાઇ (15 ટકા) હજુ સુધી પરંપરાગત તકનીકોને હરાવી શકતી નથી. સૌથી અદ્યતન નિરીક્ષણ કરાયેલ ન્યુટ્રિનો બીમ પ્રોજેક્ટ એ એનયુબીઈટી છે, જેનો હેતુ ઉચ્ચ ચોકસાઇવાળા ન્યુટ્રિનો ક્રોસ-સેક્શન માપન માટે નિરીક્ષણ કરાયેલ ન્યુટ્રિનો બીમની રચના કરવાનો છે. ટેગ કરેલા ન્યુટ્રિનો બીમ મોનિટર કરેલા ન્યુટ્રિનો બીમ સડો ટનલમાં ઉત્પન્ન થયેલા ચાર્જ કરેલા લેપ્ટોનને શોધી કાઢે છે પરંતુ પ્રયોગ કરનારાઓ મૂળ કણોના સડો દ્વારા ઉત્પાદિત ચાર્જ કરેલા લેપ્ટોન અને ન્યુટ્રિનોને એક સાથે ઓળખવાનો પ્રયાસ કરતા નથી. ઉદાહરણ તરીકે, ક્ષય એક એન્ટિમ્યુન બનાવે છે જે કણ ડિટેક્ટર દ્વારા ટનલની અંદર શોધી શકાય છે. મોટાભાગના ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા વિના ટનલને પાર કરે છે પરંતુ તેમાંના મુઠ્ઠીભર ન્યુટ્રિનો ડિટેક્ટરમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, જે સામાન્ય રીતે ટનલથી દૂર સ્થિત છે. જો ટનલમાં કણ ડિટેક્ટર અને ટનલની બહારના ન્યુટ્રિનો ડિટેક્ટરનું સમય રીઝોલ્યુશન ખૂબ સારું હોય (1 એનએસની નીચે), તો પ્રયોગકારો ડિટેક્ટરમાં જોવા મળતા ન્યુટ્રિનોને ટનલમાં નોંધાયેલા ચાર્જ લેપ્ટોન સાથે સ્પષ્ટ રીતે જોડી શકે છે. આ સુવિધાઓને (સમય) ટેગ કરેલા ન્યુટ્રિનો બીમ કહેવામાં આવે છે અને એલ. એન. 1960ના દાયકામાં હેન્ડ અને બી. પોન્ટેકોર્વો. આજની તારીખે, એક તીવ્ર અને સમય-ટેગ કરેલ ન્યુટ્રિનો સુવિધા ક્યારેય બનાવવામાં આવી નથી. સંદર્ભો