T2K: differenze tra le versioni
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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 [[Neutrino|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/|titolo= |accesso=31 marzo 2020}}</ref>, inoltre è un esperimento riconosciuto [[CERN|dal CERN]] (RE13).<ref>{{Cita web|url=https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/recognized|titolo= |sito=The CERN Experimental Programme|accesso=9 marzo 2021}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://greybook.cern.ch/greybook/experiment/detail?id=RE13|titolo= |sito=The CERN Experimental Programme|accesso=20 gennaio 2020}}</ref> In Italia l'esperimento è finanziato dall'[[Istituto nazionale di fisica nucleare|Istituto Nazionale di Fisica Nucleare]]. 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|autore=T2K Collaboration|anno=2011|titolo=Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-produced Off-axis Muon Neutrino Beam|rivista=Physical Review Letters|volume=107|doi=10.1103/PhysRevLett.107.041801|bibcode=2011PhRvL.107d1801A|pmid=21866992|arxiv=1106.2822|numero=4|p=041801}}</ref> Ha inoltre fornito la migliore misura al mondo del parametro di oscillazione ''θ''<sub>23</sub> <ref name="1403.1532">{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|anno=2014|titolo=Precise Measurement of the Neutrino Mixing Parameter θ23 from Muon Neutrino Disappearance in an Off-Axis Beam|rivista=Phys. Rev. Lett.|volume=112|doi=10.1103/PhysRevLett.112.181801|bibcode=2014PhRvL.112r1801A|arxiv=1403.1532|p=181801|numero=18}}</ref> e una indicazione di una significativa asimmetria materia-antimateria nelle oscillazioni dei neutrini <ref>{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|anno=2015|titolo=Measurements of neutrino oscillation in appearance and disappearance channels by the T2K experiment with 6.6x10E20 protons on target|rivista=Phys. Rev. D|volume=D91|numero=7|p=072010|doi=10.1103/PhysRevD.91.072010|arxiv=1502.01550}}</ref><ref name="cpnature">{{Cita pubblicazione|autore=T2K Collaboration|titolo=Constraint on the matter-antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations|rivista=Nature|volume=580|numero=7803|pp=339-344|doi=10.1038/s41586-020-2177-0|arxiv=1910.03887}}</ref>. La misura dell’asimmetria dell’oscillazione neutrino-antineutrino potrebbe contribuire alla spiegazione dell’esistenza del nostro Universo [[Asimmetria barionica|dominato dalla materia]] <ref>{{Cita pubblicazione|nome=M.|cognome=Fukugita|nome2=T.|cognome2=Yanagida|data=1986-06|titolo=Barygenesis without grand unification|rivista=Physics Letters B|volume=174|numero=1|pp=45–47|accesso=10 marzo 2024|doi=10.1016/0370-2693(86)91126-3|url=http://dx.doi.org/10.1016/0370-2693(86)91126-3}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=R N|cognome=Mohapatra|nome2=S|cognome2=Antusch|nome3=K S|cognome3=Babu|data=1º novembre 2007|titolo=Theory of neutrinos: a white paper|rivista=Reports on Progress in Physics|volume=70|numero=11|pp=1757–1867|accesso=10 marzo 2024|doi=10.1088/0034-4885/70/11/R02|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/70/11/R02}}</ref>.
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== Progetti futuri ==
L’esperimento T2K ha funzionato nella forma attuale fino al 2020. Nel 2021 sono stati rivelatii primi dati con [[Gadolinio|il gadolinio]] disciolto nel rivelatore lontano [[Super-Kamiokande]]<ref name="T2K-long" />. Nel 2021-2022 è stato eseguito un importante upgrade della linea di fascio dei neutrini e del rivelatore vicino ND280. Dal 2023 al 2026 i dati sui neutrini verranno raccolti nell'ambito della seconda fase dell'esperimento T2K (T2K-II) <ref name="lomonosov2021">{{Cita web|url=https://lomcon.ru/files/20LomCon/presentations/Presenteations/19/lomonosov2021_kudenko.pdf|titolo= |sito=The 20th Lomonosov Conference on Elementary Particle Physics|accesso=29 settembre 2021}}</ref> . Nel 2027, il successore dell’esperimento T2K – l’esperimento Hyper-Kamiokande (HK) – sarà inaugurato con il nuovo rivelatore lontano [[Effetto Čerenkov|Cherenkov]] da 250.000 tonnellate di acqua – il rivelatore [[Hyper-Kamiokande]] .<ref name="HK-TDR" />
=== T2K-II ===
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==== SK-Gd ====
Il terzo elemento di miglioraramento nell’ambito di T2K–II è l’introduzione di [[gadolinio]] in Super-Kamiokande<ref name="skgd">{{Cita pubblicazione|nome=K.|cognome=Abe|coautori=et al.|anno=2022|titolo=First gadolinium loading to Super-Kamiokande|rivista=Nuclear Instruments and Methods in Physics A|volume=1027|pp=166248|lingua=en|doi=10.1016/j.nima.2021.166248}}</ref>, che finora era riempito con acqua ultrapura. SK non è in grado di misurare la [[Carica elettrica|carica]] della particella registrata. Ciò significa che non è possibile distinguere l'interazione tra neutrino e antineutrino sulla base della carica di [[leptone]] prodotto (ad es.{{Particella subatomica|Muon-}} è prodotto da {{Particella subatomica|Muon neutrino}} mentre {{Particella subatomica|Muon+}} da {{Particella subatomica|Muon antineutrino}} ). Nelle interazioni (anti)neutrino-nucleo, a parte la produzione di leptoni carichi, dal [[Nucleone|nucleo]] viene solitamente emesso un [[Nucleo atomico|nucleone]] . A causa della [[Legge di conservazione della carica elettrica|conservazione della carica]], per i neutrini viene emesso un protone e per gli antineutrini un neutrone<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Formaggio, J. A.|autore2=Zeller, G. P.|anno=2012|titolo=From eV to EeV: Neutrino cross sections across energy scales|rivista=Rev. Mod. Phys.|volume=84|pp=1307-1341|doi=10.1103/RevModPhys.84.1307|bibcode=2012RvMP...84.1307F|arxiv=1305.7513}}</ref><sup>:
L'energia minima di una particella carica per produrre [[Effetto Čerenkov|luce Cherenkov]] in acqua, proporzionale alla massa della particella, è pari a 0,8 MeV per gli elettroni, 160 MeV per i muoni e 1400 MeV per i protoni <ref>{{Cita pubblicazione|autore=Scholberg, K.|anno=2012|titolo=Supernova neutrino detection in water Cherenkov detectors|rivista=J. Phys. Conf. Ser.|volume=309|p=012028|doi=10.1088/1742-6596/309/1/012028|bibcode=2011JPhCS.309a2028S}}</ref>. Pertanto, i protoni rilasciati nelle interazioni dei neutrini sono spesso prodotti con energie al di sotto della soglia di rivelazione e rimangono inosservati. Il neutrone, essendo una particella neutra, non produce luce Cherenkov. Tuttavia, può essere [[Cattura neutronica|assorbito]] da un altro nucleo, che entra in uno [[Eccitazione (meccanica quantistica)|stato eccitato]] e durante la diseccitazione produce [[raggi gamma]] . I fotoni (raggi gamma) ad alta energia (per il gadolinio la loro energia totale è di circa 8 MeV) [[Diffusione Compton|diffondono gli elettroni]] (diffusione Compton) da un atomo e/o [[Produzione di coppia|producono coppie elettrone-positrone]], che poi producono luce Cherenkov. Il gadolinio è l'elemento naturale con la più alta sezione d'urto nella cattura di neutroni a energia termica . Per neutroni da 25 meV, la sezione d'urto del gadolinio è circa 10<sup>5</sup> volte maggiore di quella [[Idrogeno|dell'idrogeno]] . La frazione di neutroni che verrà catturata in SK è del 50% per una concentrazione di Gd dello 0,01% e del 90% per una concentrazione dello 0,1%: la concentrazione finale di Gd pianificata in SK. Il segnale derivante dalla cattura dei neutroni è ritardato di una frazione di millisecondo (il tempo in cui il neutrone viaggia nell'acqua prima della cattura, più il tempo in cui il gadolinio rimane nello stato eccitato) rispetto al segnale del leptone carico e solitamente appare entro una distanza di 50 cm (la distanza percorsa dal neutrone prima della cattura) dal punto di interazione del neutrino. Un tale evento di doppio lampo (il primo lampo del leptone carico, il secondo lampo dei fotoni di diseccitazione di Gd) è la firma di un'interazione di antineutrino.<ref name="skgd" /><ref name="skgdnews">{{Cita web|url=http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/news/2020/08/sk-gd-detail-e.html|titolo= |accesso=7 ottobre 2021}}</ref>
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=== Esperimento Hyper-Kamiokande ===
Il successore dell'esperimento T2K, l'esperimento [[Hyper-Kamiokande]] (HK), utilizzerà lo stesso fascio prodotto da J-PARC e la versione aggiornata di ND280. Oltre a ciò, verrà costruito un nuovo rivelatore lontano, [[Hyper-Kamiokande]], e possibilmente anche un nuovo [[Hyper-Kamiokande|rivelatore intermedio]] (IWCD). Parte dei lavori di upgrade del fascio e l'upgrade del rivelatore ND280 sono già stati eseguiti per T2K-II. Si prevede chei Hyper-Kamiokande inizierà la presa dati intorno al 2027.
== Note ==
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== Collegamenti esterni ==
* [http://www.t2k-experiment.org/ Sito ufficiale dell'esperimento T2K]
* [http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/index-e.html Sito ufficiale di Super-Kamiokande]
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