Sudbury Neutrino Observatory (SNO) ist gelegene 6,800 Fuß einer Sternwarte des Neutrinos (ungefähr 2 km) Untergrundbahn im Tal die Creighton Mine von Inco in Sudbury, Ontario, Kanada. Der Entdecker wurde entworfen, um Sonnenneutrinos durch ihre Wechselwirkungen mit einer großen Zisterne von schwerem Wasser zu entdecken. Der Entdecker wurde im Mai 1999 angemacht, und wurde am 28. November 2006 abgedreht. Während neue Daten nicht mehr genommen werden, wird die SNO Kollaboration fortsetzen, die Daten zu analysieren, die während dieser Periode seit den nächsten mehreren Jahren genommen sind. Das unterirdische Laboratorium ist vergrößert worden und setzt fort, andere Experimente an SNOLAB zu operieren. Die SNO Ausrüstung selbst wird zurzeit für den Gebrauch im SNO + Experiment renoviert.

Experimentelle Motivation

Die ersten Maße der Zahl von Sonnenneutrinos das Erreichen der Erde wurde in den 1960er Jahren, und alle Experimente vor SNO genommen, haben ein Drittel zu einem halben weniger neutrinos beobachtet, als es durch das Standardsonnenmodell vorausgesagt wurde. Da mehrere Experimente dieses Defizit bestätigt haben, ist die Wirkung bekannt als das Sonnenneutrino-Problem geworden. Im Laufe mehrerer Jahrzehnte wurden viele Ideen vorgebracht, um zu versuchen, die Wirkung zu erklären, von denen einer die Hypothese von Neutrino-Schwingungen war. Alle Sonnenneutrino-Entdecker vor SNO waren in erster Linie oder exklusiv zum Elektron neutrinos empfindlich gewesen und hatten wenig zu keiner Information über muon neutrinos und tau neutrinos getragen.

1984 hat Herb Chen von der Universität Kaliforniens an Irvine zuerst auf die Vorteile hingewiesen, schweres Wasser als ein Entdecker für Sonnenneutrinos zu verwenden. Verschieden von vorherigen Entdeckern, mit schwerem Wasser würde den Entdecker empfindlich zu zwei Reaktionen, einer empfindlicher zu allen Neutrino-Geschmäcken machen, die einem Entdecker erlauben würden, Neutrino-Schwingungen direkt zu messen. Die Creighton Mine in Sudbury, unter dem tiefsten in der Welt und entsprechend niedrigen Hintergrundradiation, wurde als ein idealer Platz für das vorgeschlagene zu bauende Experiment von Chen schnell identifiziert.

Die SNO Kollaboration hat seine erste Sitzung 1984 gehalten. Zurzeit hat es sich mit dem KAON Fabrikvorschlag von TRIUMF für die Bundesfinanzierung beworben, und das große Angebot an Universitäten, die SNO schnell unterstützen, hat dazu geführt für die Entwicklung ausgewählt zu werden. Der offizielle Mensch mit Unternehmungsgeist wurde 1990 gegeben.

Das Experiment hat das Licht beobachtet, das durch relativistische Elektronen im durch Neutrino-Wechselwirkungen geschaffenen Wasser erzeugt ist. Als relativistische Elektronen durch ein Medium reisen, verlieren sie Energie, die einen Kegel des blauen Lichtes durch die Wirkung von Cerenkov erzeugt, und es ist dieses Licht, das direkt entdeckt wird.

Entdecker-Beschreibung

Das SNO Entdecker-Ziel hat aus von schwerem in einem Radius-Acrylbehälter enthaltenem Wasser bestanden. Die Entdecker-Höhle außerhalb des Behälters wurde mit normalem Wasser gefüllt, um sowohl Ausgelassenheit für den Behälter als auch radioaktive Abschirmung zur Verfügung zu stellen. Das schwere Wasser wurde durch etwa 9,600 Photovermehrer-Tuben (PMTs) angesehen, der auf einem geodätischen Bereich an einem Radius ungefähr bestiegen ist. Die Höhle-Unterkunft der Entdecker ist die größte künstliche unterirdische Höhle in der Welt, eine Vielfalt von Hochleistungsfelsen-Durchgehen-Techniken verlangend, Felsen-Brüche zu verhindern.

Die Sternwarte wird am Ende eines langen Antriebs, genannt den SNO "Antrieb" gelegen, es von anderen Bergbaubetrieben isolierend. Entlang dem Antrieb sind mehrere Operationen und Ausrüstungszimmer, alle, die in einer sauberen Raumeinstellung gehalten sind. Der grösste Teil der Möglichkeit ist Klasse 3000 (weniger als 3,000 Partikeln von 1 μm oder größer pro 1 M Luft), aber die Endhöhle, die den Entdecker enthält, ist Klasse 1000.

Beladene aktuelle Wechselwirkung

In der beladenen aktuellen Wechselwirkung wandelt ein Neutrino das Neutron in einem deuteron zu einem Proton um. Das Neutrino ist in die Reaktion vertieft, und ein Elektron wird erzeugt. Sonnenneutrinos haben Energien, die kleiner sind als die Masse von muons und tau leptons, so kann nur Elektron neutrinos an dieser Reaktion teilnehmen. Das ausgestrahlte Elektron trägt den grössten Teil der Energie des Neutrinos auf der Ordnung von 5-15 MeV fort und ist feststellbar. Das Proton, das erzeugt wird, hat genug Energie nicht, leicht entdeckt zu werden. Die in dieser Reaktion erzeugten Elektronen werden in allen Richtungen ausgestrahlt, aber es gibt eine geringe Tendenz für sie, zurück in der Richtung hinzuweisen, aus der das Neutrino gekommen ist.

Neutrale aktuelle Wechselwirkung

In der neutralen aktuellen Wechselwirkung sondert ein Neutrino den deuteron ab, es in sein konstituierendes Neutron und Proton brechend. Das Neutrino setzt mit ein bisschen weniger Energie fort, und alle drei Neutrino-Geschmäcke werden ebenso wahrscheinlich an dieser Wechselwirkung teilnehmen. Schweres Wasser hat eine kleine böse Abteilung für Neutronen, und wenn die Neutronfestnahme auf einem Kern des schweren Wasserstoffs ein Gammastrahl (Foton) mit ungefähr 6 MeV der Energie erzeugt wird. Die Richtung des Gammastrahls ist mit der Richtung des Neutrinos völlig unkorreliert. Einige der Neutronen wandern vorbei am Acrylbehälter ins leichte Wasser, und da leichtes Wasser eine sehr große böse Abteilung für die Neutronfestnahme hat, werden diese Neutronen sehr schnell gewonnen. Ein Gammastrahl mit ungefähr 2 MeV der Energie wird in dieser Reaktion erzeugt, aber weil das unter der Energieschwelle des Entdeckers ist, sind sie nicht erkennbar.

Das elastische Elektronzerstreuen

In der elastischen sich zerstreuenden Wechselwirkung kollidiert ein Neutrino mit einem Atomelektron und gibt etwas von seiner Energie zum Elektron. Alle drei neutrinos können an dieser Wechselwirkung durch den Austausch des neutralen Z boson teilnehmen, und Elektron neutrinos kann auch mit dem Austausch eines beladenen W boson teilnehmen. Aus diesem Grund wird diese Wechselwirkung durch das Elektron neutrinos beherrscht, und das ist der Kanal, durch den der Super-Kamiokande (Super-K) Entdecker Sonnenneutrinos beobachten kann. Diese Wechselwirkung ist die relativistische Entsprechung vom Billard, und aus diesem Grund haben die Elektronen gewöhnlich Punkt in der Richtung erzeugt, dass das Neutrino (weg von der Sonne) reiste. Weil diese Wechselwirkung auf Atomelektronen stattfindet, kommt sie mit derselben Rate sowohl im schweren als auch in leichten Wasser vor.

Experimentelle Ergebnisse und Einfluss

Am 18. Juni 2001 wurden die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse von SNO veröffentlicht, die ersten klaren Beweise bringend, dass neutrinos schwingen (d. h. dass sie in einander umwandeln können), als sie an der Sonne reisen. Diese Schwingung deutet der Reihe nach an, dass neutrinos Nichtnullmassen haben. Der Gesamtfluss aller durch SNO gemessenen Neutrino-Geschmäcke stimmt gut mit der theoretischen Vorhersage zu. Weitere durch SNO ausgeführte Maße haben seitdem bestätigt und die Präzision des ursprünglichen Ergebnisses verbessert.

Obwohl Super-K SNO zum Schlag geschlagen hatte, Beweise für die Neutrino-Schwingung schon in 1998 veröffentlicht, waren die Super-K-Ergebnisse nicht abschließend und haben sich mit Sonnenneutrinos nicht spezifisch befasst. Die Ergebnisse von SNO waren erst, um Schwingungen in Sonnenneutrinos direkt zu demonstrieren. Die Ergebnisse des Experimentes hatten einen Haupteinfluss auf das Feld, wie gezeigt, durch die Tatsache, dass zwei von SNO Papieren mehr als 1,500mal zitiert worden sind, und zwei andere mehr als 750mal zitiert worden sind. 2007 hat das Institut von Franklin den Direktor von SNO KunstmcDonald mit der Medaille von Benjamin Franklin in der Physik zuerkannt.

Andere mögliche Analysen

Der SNO Entdecker wäre dazu fähig gewesen, eine Supernova innerhalb unserer Milchstraße zu entdecken, wenn man vorgekommen wäre, während der Entdecker online war. Als neutrinos ausgestrahlt durch eine Supernova werden früher veröffentlicht als die Fotonen, es ist möglich, die astronomische Gemeinschaft zu alarmieren, bevor die Supernova sichtbar ist. SNO war ein Gründungsmitglied des Supernova-Frühwarnsystems (SNEWS) mit Super-Kamiokande und dem Großen Volumen-Entdecker. Keine solche Supernova sind noch entdeckt worden.

Das SNO-Experiment ist auch im Stande gewesen, atmosphärischen neutrinos zu beobachten, der durch kosmische Strahl-Wechselwirkungen in der Atmosphäre erzeugt ist. Wegen der beschränkten Größe des SNO Entdeckers im Vergleich mit Super-K ist das niedrige kosmische Strahl-Neutrino-Signal an Neutrino-Energien unter 1 GeV nicht statistisch bedeutend.

Teilnehmende Einrichtungen

Große Partikel-Physik-Experimente verlangen große Kollaborationen. Mit etwa 100 Mitarbeitern war SNO eine ziemlich kleine Gruppe im Vergleich zu Collider-Experimenten. Die teilnehmenden Einrichtungen haben eingeschlossen:

Kanada

• Carleton Universität
• Laurentian Universität
• Die Universität der Königin - hat entwickelt und gebaut viele Kalibrierungsquellen und das Gerät, um Quellen einzusetzen
• TRIUMF
• Universität des britischen Columbias
• Universität von Guelph

Obwohl nicht mehr eine zusammenarbeitende Einrichtung, Kreide-Flusslaboratorien den Aufbau des Acrylbehälters geführt haben, der das schwere Wasser hält, und die Atomenergie von Canada Limited die Quelle des schweren Wassers war.

Das Vereinigte Königreich

• Die Universität Oxfords - hat viel Analyse-Programm von Monte Carlo des Experimentes (SNOMAN) entwickelt, und hat das Programm aufrechterhalten

Die Vereinigten Staaten von Amerika

• LBNL - Geführt der Aufbau der geodätischen Struktur, die den PMTs hält
• LANL
• Die Universität Pennsylvaniens - hat entwickelt und gebaut die Vorderendelektronik und der Abzug
• Die Universität Washingtons - hat entwickelt und gebaute proportionale Gegentuben für die Entdeckung von Neutronen in der dritten Phase des Experimentes
• Brookhaven nationales Laboratorium
• Universität Texas an Austin
• Institut von Massachusetts für die Technologie

Ehren und Preise

• Asteroid 14724 SNO wird zu Ehren von SNO genannt.
• Im November 2006 wurde die komplette SNO Mannschaft dem John C. Polanyi Eröffnungsaward für "einen neuen hervorragenden Fortschritt in jedem Feld der Naturwissenschaften oder Technik zuerkannt, die" in Kanada geführt ist.

Erfundene Bilder

Die Sternwarte ist die Seite des ersten Kontakts zwischen Menschen und Neandertalern in der Neandertalerparallaxe-Sciencefictionsreihe durch den kanadischen Autor Robert J. Sawyer. Es bleibt im Gebrauch als die einzigen Mittel des Übergangs zwischen Welten für die Mehrheit der Trilogie.

Siehe auch

• SNOLAB - Ein dauerhaftes unterirdisches Physik-Laboratorium, das um SNO wird baut
• SNO + - Der Nachfolger von SNO

Links

• Die offizielle Seite von SNO
• Die Einführung von Joshua Klein in SNO, Sonnenneutrinos und Penn an SNO