Ich habe mich gefragt, ob es möglich wäre, den Abstand zwischen den Detektoren zu verkürzen, wenn die Geschwindigkeit von Neutrinos gemessen wird, und zwar auf beispielsweise 7 m statt auf derzeit etwa 700 km? Auf diese Weise wäre die zurückgelegte Strecke direkt bekannt. Etwas Ähnliches wie die Koinzidenzmessungen, die wir jetzt beim Studium von Positronium durchführen. Gibt es eine Grenze für die Technologie, die für die Zeitmessung von Ereignissen verwendet wird, oder ist es nur eine Frage der technischen Entwicklung, und es gibt Raum für eine höhere Genauigkeit als die derzeit bekannte?
Dies ist nicht wirklich eine Antwort auf die Frage im Titel, aber eine Beschreibung, warum die vorgeschlagene Messung der Neutrinogeschwindigkeit mit kurzer Basislinie außerordentlich schwierig ist. Es bezieht sich auf die Frage in dem Sinne, dass es die Grenzen der Genauigkeit erklärt, mit der kann in einem Neutrino-Experiment extrahiert werden, ohne auch nur die Art von ultrahochpräzisen Zeitmessungen zu berühren, die NIST und verwandte Einrichtungen gerne durchführen.
In vielen Fällen ist es möglich, eine sehr hohe Zeitgenauigkeit zu erreichen, aber Neutrinos stellen einige besondere Herausforderungen dar.
Selbst bei Beschleunigerstrahlenergien (mehrere GeV wie im OPERA-Strahl) ist der Wirkungsquerschnitt für Neutrino-Wechselwirkungen winzig. Um also überhaupt eine Rate zu bekommen, müssen Sie zwei Dinge tun
Machen Sie den Detektor groß. Zehntausende von Tönen für einige entfernte Detektoren und einige Tonnen (oder zumindest Hunderte von Kilogramm) für nahe Detektoren. Ein massiver Detektor hat nicht triviale Größen, sodass Sie das Timing korrigieren müssen, über das sich Signale entwickeln, erkannt und in verriegelbare elektronische Signale umgewandelt werden. Sie werden feststellen, dass diese Korrekturen im Fall des OPERA-Papiers jeweils in der Größenordnung von wenigen bis zehn ns waren. Jede dieser Korrekturen bringt einen systematischen Fehler mit sich.
Die Strahlen müssen sehr intensiv sein. Idealerweise würden Sie ein einzelnes Bündel von Vorläuferteilchen (Protonen im Fall von OPERA) erzeugen und sie über einen kürzeren Zeitraum als erwartet auf das Ziel schlagen
, und warten Sie dann für eine viel größere Zeit als
bevor der nächste Haufen kam. Aber aufgrund der Grenzen der Beschleunigertechnologie und des Neutrino-Querschnitts ist dies ein verlorenes Spiel. Im Fall von OPERA werfen sie Protonen in kleinen Bündeln jeweils 10 Mikrosekunden lang auf das Ziel. Es gibt keine eindeutige Möglichkeit, die mit jedem Neutrino-Ereignis im fernen Detektor verbundene Ursprungszeit zu identifizieren. Die von ihnen verwendete statistische Methode (dies ist einer meiner Lieblingsorte, an denen ich das OPERA-Verfahren verdächtige, obwohl sie einen wirklichen Versuch unternommen haben, es zu handhaben) hat nun ursprünglich einen Ansatz mit niedrigeren Statistiken und kurzen Bündeln verwendet, der dies weitgehend als mögliche Quelle ausschließt des Fehlers.
Neutrinostrahlen sind nicht gut fokussiert.
Sie könnten denken, dass Sie mit einem Detektor in der Nähe beide Probleme gleichzeitig lösen könnten, indem Sie einen sehr kleinen Detektor bauen.
Sie stoßen auf zwei Probleme.
Zu diesem Zeitpunkt hat der Strahl bereits einen Durchmesser von mehreren Metern, sodass ein wirklich kleiner Detektor das Problem des kleinen Querschnitts verschärft.
Sie müssen weit genug entfernt sein, um die Myonen zu verlieren, da eine nicht triviale Anzahl von ihnen erzeugt wird, und obwohl Sie sie wahrscheinlich gegen ihre Ankunftszeiten per Veto identifizieren können (und es aufgrund des Risikos ein mäßig langes Veto sein muss). von Spallationsprodukten) müssen Sie weit genug weggehen, damit die Totzeit Sie nicht umbringt.
Sie könnten einen großen Sweep-Magneten nach dem Strahlstopp der Zerfallslinie verwenden . Das klingt vielversprechend, aber dann verlieren Sie Ihr bestes Werkzeug, um festzustellen, wann Sie Spallationsprodukte haben könnten (die Sie ablehnen oder subtrahieren müssen), also müssen Sie weit genug stromabwärts gehen, um die meisten von ihnen zu verwerfen.
Der Startpunkt ist auf Kurzstreckenskalen nicht gut definiert.
Neutrinostrahlen werden durch den Zerfall hochenergetischer Teilchen im Flug erzeugt . Da der Zeitpunkt dieses Zerfalls exponentiell zufällig ist, wissen Sie nicht genau, wo die Neutrinos begonnen haben. Sie müssen von einem bekannten Ort aus messen und die Flugzeit dieser schwereren Partikel im Horn korrigieren. Nun, wir sind ziemlich zuversichtlich, dies im Bereich von wenigen ns tun zu können, es wird nicht möglich sein, es enorm besser zu machen.
Übrigens, wenn Sie denken, dass OPERA für diese Messung unteroptimiert zu sein scheint, liegt das daran, dass es so ist. Dies ist eine parasitäre Messung, die sich einfach eine Maschine zunutze macht, die zur Messung von Neutrino-Mischparametern in der entwickelt wurde Erscheinungskanal und die Notwendigkeit einer eindeutigen Identifizierung geladene Stromereignisse (durch eindeutiges Beobachten der -lepton) bestimmt das Design des Detektors.
Um die Frage im Titel zu beantworten, Sekunden können routinemäßig mit optischen Kämmen gemessen werden ( siehe hier für eine Übersicht). Laut Wikipedia können auch Vorgänge in Zehntel-Femtosekunden gemessen werden.
BEARBEITEN: Wie Georg betonte, wäre ein Frequenzkamm nicht nützlich, um die Flugzeit von Partikeln zwischen zwei entfernten Orten zu messen (und möglicherweise nicht einmal für kurze Entfernungen? Ich weiß es nicht).
dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen
ganzewoort
JEB