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'''T2K''' (" [[Tōkai (Ibaraki)|Tokai]] to [[Hida|Kamioka]] ") è un esperimento [[Fisica delle particelle|di fisica delle particelle]] che studia le [[Oscillazione del neutrino|oscillazioni]] dei neutrini da acceleratore . L'esperimento è condotto in [[Giappone]] grazie alla cooperazione internazionale di circa 500 fisici e ingegneri con oltre 60 istituti di ricerca di diversi paesi dell'Europa, dell'Asia e del Nord America <ref>{{Cita web|url=https://t2k-experiment.org/t2k/collaboration/|dataaccesso=2020-03-31}}</ref>, inoltre è un esperimento riconosciuto [[CERN|dal CERN]] (RE13). <ref>{{Cita web|url=https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/recognized|sito=The CERN Experimental Programme|dataaccesso=9 March 2021}}</ref> <ref>{{Cita web|url=https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/detail?id=RE13|sito=The CERN Experimental Programme|dataaccesso=20 January 2020}}</ref> T2K ha cominciato la raccolta dati nel 2010; si prevede che la presa dati continuerà fino all'inizio del successore di T2K: [[Hyper-Kamiokande|l'esperimento Hyper-Kamiokande]] nel 2027. <ref name="HK-TDR">{{Cita pubblicazione|titolo=Hyper-Kamiokande Design Report|arxiv=1106.2822}}</ref>
T2K è stato il primo esperimento che ha osservato la comparsa di [[Neutrino elettronico|neutrini elettronici]] in un [[Fascio di particelle (spettrometria di massa)|fascio]] [[Neutrino muonico|di neutrini muonici]] . <ref name="1106.2822">{{Cita pubblicazione|
L'intenso fascio di neutrini muonici viene prodotto nell'impianto J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) a Tokai, sulla costa orientale del Giappone. Il fascio è diretto verso il rilevatore lontano [[Super-Kamiokande]] situato a 295 chilometri di distanza nella città di [[Hida]], [[prefettura di Gifu]] . Le proprietà e la composizione del flusso di neutrini vengono prima misurate da un sistema di rivelatori vicini situati 280 metri (ND280) dal luogo di produzione del fascio, e poi di nuovo nel rilevatore lontano Super-Kamiokande. Il confronto dello spettro energetico e del numero di interazioni dei diversi sapori di neutrini in queste due posizioni consente di misurare la probabilità di oscillazione, determinandone numerosi parametri. Super-Kamiokande è in grado di rivelare le interazioni sia dei neutrini muonici che elettronici, e quindi misurare la scomparsa del flusso dei neutrini muonici, così come la comparsa dei neutrini elettronici nel fascio. <ref name="t2knim">{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|anno=2011|titolo=The T2K Experiment|rivista=Nucl. Instrum. Meth. A|volume=659|pp=106-135|doi=10.1016/j.nima.2011.06.067|bibcode=2011NIMPA.659..106A|arxiv=1106.1238}}</ref>
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Dall’inizio della raccolta dati nel 2010, l’esperimento T2K è riuscito a fornire serie di risultati di livello mondiale:
* La conferma della comparsa di neutrini elettronici nel fascio di neutrini muonici ({{Particella subatomica|Muon neutrino}} →{{Particella subatomica|Electron neutrino}} ), processo che non era mai stato rivelato in precedenza. <ref name="1106.2822">
* La misura più precisa al mondo del parametro ''θ''<sub>23</sub> . <ref>{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|anno=2014|titolo=Precise Measurement of the Neutrino Mixing Parameter θ 23 from Muon Neutrino Disappearance in an Off-Axis Beam|rivista=Physical Review Letters|volume=112|numero=18|lingua=en|doi=10.1103/PhysRevLett.112.181801|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.112.181801}}</ref>
* Limiti sui parametri di oscillazione di un [[neutrino sterile]] basati su studi sia nel rivelatore vicino ND280 <ref>{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|anno=2015|titolo=Search for short baseline νe disappearance with the T2K near detector|rivista=Physical Review D|volume=91|numero=5|lingua=en|doi=10.1103/PhysRevD.91.051102|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.91.051102}}</ref> che in quello lontano Super-Kamiokande <ref>{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|anno=2019|titolo=Search for light sterile neutrinos with the T2K far detector Super-Kamiokande at a baseline of 295 km|rivista=Physical Review D|volume=99|numero=7|lingua=en|doi=10.1103/PhysRevD.99.071103|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.99.071103}}</ref> .
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=== WAGASCI-BabyMIND ===
[[File:Wagasci_and_ND280_neutrino_flux.png|miniatura| Il flusso di neutrini T2K previsto nel sito dei rivelatori WAGASCI-BabyMIND (linea rossa) e ND280 (linea nera)]]
WAGASCI-BabyMIND è un nuovo rivelatore situato accanto ai rivelatori INGRID e ND280, dedicato agli studi sull'interazioni [[Neutrino|dei neutrini]] . Ha fornito i primi dati sul fascio di neutrini nella sua configurazione completa durante la presa dati invernale 2019/2020. <ref name="babymind">{{Cita pubblicazione|arxiv=1704.08079}}</ref> <ref name="wagasci">
Il rivelatore WAGASCI-BabyMIND è composto da diversi sottorivelatori:
* Due nuovi [[Scintillatore|scintillatori]] ad [[acqua]] (WAGASCI, WAter-Grid-SCIntillator-Detector) che fungono da bersagli d'acqua e tracciatori di particelle. La struttura a griglia 3D delle barre scintillatrici crea cavità vuote riempite d'acqua. Grazie a questa struttura è stato ottenuto un elevato rapporto acqua/massa nello scintillatore (80% H <sub>2</sub> O + 20% CH) e l'accettanza del rivelatore è elevata e pressoché costante in tutte le direzioni. <ref name="babymind">{{Cita pubblicazione|arxiv=1704.08079}}</ref> <ref name="wagasci">
* Un modulo per la rivelazione dei protoni, lo stesso del rilevatore INGRID, costituito da semplici barre [[Scintillatore|scintillatrici]] [[Materie plastiche|di plastica]] (CH), che funge da bersaglio e tracciatore di particelle. <ref name="babymind">{{Cita pubblicazione|arxiv=1704.08079}}</ref> <ref name="wagasci">
* Due WallMRD (Wall Muon Range Detector) che sono spettrometri di muoni non magnetizzati per rivelare i muoni che vanno lateralmente. Sono costituiti da piani passivi [[Ferro|di ferro]] intervallati con piani scintillatori attivi. <ref name="babymind" /> <ref name="wagasci" />
* Un BabyMIND ( rilevatore di neutrini di ferro magnetizzato) che è uno spettrometro magnetizzato di muoni per rivelare i muoni in avanti. BabyMIND ha un'originale configurazione di moduli di scintillatore intervallati con moduli di ferrite magnetizzata. I moduli possono essere riorganizzati facilmente per adattare il campo magnetico alle particolari esigenze dell'esperimento. Il campo magnetico viene creato solo all'interno della ferrite, quindi è molto efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai magneti che devono magnetizzare gli spazi vuoti attorno a loro come quello di ND280. Tuttavia, il campo magnetico non è omogeneo lungo il volume percorso dai muoni, e ciò pone una sfida ancora aperta per la ricostruzione della quantità di moto delle particelle cariche. <ref name="babymind" />
Tutto il materiale attivo nei rivelatori è costituito da scintillatore plastico e viene registrato come spiegato nella sezione Lettura del segnale . <ref name="babymind">{{Cita pubblicazione|arxiv=1704.08079}}</ref> <ref name="wagasci">
L'obiettivo principale del rilevatore WAGASCI-BabyMIND è la riduzione dell'errore sistematico nell'analisi [[Oscillazione del neutrino|dell'oscillazione]], grazie alla sua complementarità rispetto al rilevatore ND280:
* Il diverso materiale tra ND280 (80% CH + 20% H<sub>2</sub>O) e SK (H<sub>2</sub>O pura) ci costringe a fare affidamento su modelli di sezione d'urto per individuare la stima in H<sub>2</sub>O rispetto a quella in CH. La frazione d'acqua nei moduli scintillatori d'acqua WAGASCI è pari all'80%, consentendo una misurazione del rapporto della sezione d'urto dei neutrini della corrente carica tra acqua (H <sub>2</sub> O) e plastica (CH) con una precisione del 3%.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M.|cognome=Antonova|coautori=et al.|anno=2017|titolo=Baby MIND: a magnetized segmented neutrino detector for the WAGASCI experiment|rivista=Journal of Instrumentation|volume=12|numero=07|pp=C07028–C07028|doi=10.1088/1748-0221/12/07/C07028|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/12/07/C07028}}</ref><ref name="babymind">{{Cita pubblicazione|arxiv=1704.08079}}</ref> <ref name="wagasci">
* Il nuovo rivelatore fornirà misurazioni di vari canali di interazione dei neutrini con corrente carica con elevata precisione, soglia di momento piu bassa e grande accettanza angolare. Ciò limiterà le incertezze dei modelli di flusso e di sezione d'urto per le particelle prodotte ad angoli elevati. Queste caratteristiche faciliteranno anche il rilevamento degli adroni a basso momento prodotti sia nelle interazioni di neutrino con stati legati di 2 nucleoni che attraverso reinterazioni all'interno del nucleo bersaglio delle particelle prodotte dal neutrino, e quindi una migliore modellazione di tali interazioni nel rivelatore lontano. <ref name="babymind" /> <ref name="wagasci" />
* La posizione alla stessa distanza di 280 metri dal bersaglio di grafite dei rilevatori ND280 e INGRID, ma con un diverso angolo off-axisdi 1,5 gradi, fa sì che lo spettro energetico del fascio di neutrini abbia un picco ad una diversa energia. [[Combinazione lineare|La combinazione]] delle misure di questi rivelatori fornirà una migliore determinazione delle sezioni d'urto dei neutrini in funzione della loro energia. <ref name="babymind" /> <ref name="wagasci" />
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