Τα νετρίνα ανιχνεύουν τη δομή του πρωτονίου με εκπληκτική μέτρηση

Μετά από μια τολμηρή πρόταση ενός μεταδιδακτορικού ερευνητή, μια διεθνής ομάδα ανακάλυψε μια ισχυρή τεχνική για την ανίχνευση της εσωτερικής δομής του πρωτονίου χρησιμοποιώντας τη σκέδαση νετρίνων. Teijin Cai στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ και οι συνεργάτες που εργάζονται στο πείραμα MINERvA του Fermilab έδειξαν πώς μπορούν να εξαχθούν πληροφορίες για το πρωτόνιο από νετρίνα που έχουν διασκορπιστεί από τον πλαστικό στόχο του ανιχνευτή.

Ήδη από τη δεκαετία του 1950, οι φυσικοί χρησιμοποιούσαν δέσμες ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας για να προσδιορίσουν το μέγεθος του πρωτονίου. Μετρώντας τον τρόπο με τον οποίο αυτά τα ηλεκτρόνια διασκορπίζονται από τους στόχους, οι ερευνητές κατάφεραν από τότε να διερευνήσουν την εσωτερική δομή του πρωτονίου και να μετρήσουν λεπτομερώς τις κατανομές φορτίου των κουάρκ που το αποτελούν.

Κατ' αρχήν, παρόμοιες μετρήσεις θα πρέπει επίσης να είναι δυνατές χρησιμοποιώντας μια δέσμη νετρίνων, όπως η δέσμη που δημιουργείται στο Fermilab. Παρά το γεγονός ότι είναι άφορτο και σχεδόν χωρίς μάζα, ένα μικροσκοπικό κλάσμα νετρίνων σε μια δέσμη θα αλληλεπιδράσει με τα πρωτόνια και θα διασκορπιστεί σε χαρακτηριστικές γωνίες. Εάν αυτή η σκέδαση μπορεί να μετρηθεί, δεν θα συμπλήρωνε μόνο τα πειράματα σκέδασης ηλεκτρονίων στην ανίχνευση δομών πρωτονίων. μπορεί επίσης να παρέχει σημαντικές νέες γνώσεις για τον τρόπο αλληλεπίδρασης των νετρίνων και των πρωτονίων.

Πάρα πολύ διάχυτο

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν εξετάσει μόνο τη δυνατότητα εκτόξευσης δέσμης νετρίνων σε στόχους αερίου υδρογόνου. Ωστόσο, τα πρωτόνια σε αυτούς τους στόχους είναι πολύ διάχυτα για να διασκορπίσουν νετρίνα σε αρκετά υψηλούς αριθμούς ώστε να ληφθούν οριστικά αποτελέσματα χρησιμοποιώντας υπάρχουσες πειραματικές τεχνικές.

Στη νέα μελέτη, η ομάδα του Cai βρήκε μια λύση σε αυτό το πρόβλημα σχεδόν τυχαία. Οι φυσικοί χρησιμοποιούν αυτήν τη στιγμή το πείραμα MINERvA στο Fermilab για να μελετήσουν τα νετρίνα πυροδοτώντας μια δέσμη σωματιδίων υψηλής ενέργειας σε πλαστικούς στόχους σπινθηριστή. Αυτά είναι πυκνά, στερεά πολυμερή που περιέχουν πολύ υδρογόνο και άνθρακα.

Αφαίρεση άνθρακα

Ο Cai συνειδητοποίησε ότι τα άτομα υδρογόνου σε αυτόν τον στερεό στόχο είναι πολύ πιο πυκνά συσκευασμένα από ό,τι στο αέριο υδρογόνο. Εάν τα νετρίνα που διασκορπίζονται από άτομα άνθρακα στον ανιχνευτή του MINERvA μπορούσαν να αφαιρεθούν από τις μετρήσεις, πρότεινε ότι η ομάδα θα έμενε με το σήμα διασκορπισμένο από πυρήνες υδρογόνου.

Η αινιγματική ηλεκτρομαγνητική δομή του πρωτονίου παρατηρείται σε νέο πείραμα

Δεδομένου ότι πολύ περισσότερα νετρίνα διασκορπίζονται από άνθρακα παρά υδρογόνο, πολλοί από τους συναδέλφους του Cai δεν πείστηκαν από την πρόταση. Για να δοκιμάσουν την ιδέα του, οι ερευνητές αφαίρεσαν προσομοιωμένες αλληλεπιδράσεις νετρίνων-άνθρακα από εννέα χρόνια μετρήσεων της σκέδασης νετρίνων στο MINERvA. Ακριβώς όπως προέβλεψε ο Cai, έμειναν με δεδομένα σκέδασης που έμοιαζαν πολύ με τα αποτελέσματα των πειραμάτων σκέδασης ηλεκτρονίων - υποδεικνύοντας ξεκάθαρα ότι η τεχνική τους είχε λειτουργήσει όπως έπρεπε.

Με βάση αυτή την αρχική επιτυχία, η ομάδα ελπίζει τώρα ότι η προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε βαθύτερες γνώσεις για την εσωτερική δομή του πρωτονίου. Θα μπορούσε να φέρει τους ερευνητές ένα βήμα πιο κοντά στην απάντηση σε πολλά ερωτήματα που απομένουν σχετικά με τη φύση των νετρίνων. Αυτό περιλαμβάνει την άπιαστη αλληλεπίδραση του νετρίνου με άλλους τύπους ύλης και τον αυθόρμητο μετασχηματισμό τους μέσω της ταλάντωσης του νετρίνου.

Η έρευνα περιγράφεται στο Φύση.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/