Neutriinid uurivad prootoni struktuuri üllataval mõõtmisel

Pärast doktorantide julget soovitust on rahvusvaheline meeskond avastanud tugeva tehnika prootoni sisemise struktuuri uurimiseks neutriinode hajumise abil. Teijin Cai Rochesteri ülikoolis ja kolleegid, kes töötavad Fermilabi MINERvA eksperimendi kallal, on näidanud, kuidas prootoni kohta teavet saab eraldada neutriinodest, mis on detektori plastikust sihtmärgi poolt hajutatud.

Juba 1950. aastatel kasutasid füüsikud prootoni suuruse määramiseks suure energiaga elektronkiire. Mõõtes, kuidas need elektronid sihtmärkidest hajuvad, on teadlastel sellest ajast peale õnnestunud uurida prootoni sisemist struktuuri ja mõõta üksikasjalikult nende koostises olevate kvarkide laengujaotust.

Põhimõtteliselt peaksid sarnased mõõtmised olema võimalikud ka neutriinokiirt kasutades, näiteks Fermilabis genereeritud kiirt kasutades. Vaatamata sellele, et nad on laenguta ja peaaegu massivabad, interakteerub väike osa kiirtes olevatest neutriinodest prootonitega ja hajub iseloomulike nurkade all. Kui seda hajumist saab mõõta, ei täiendaks see mitte ainult elektronide hajumise katseid prootonstruktuuride sondeerimisel; see võib anda ka olulisi uusi teadmisi neutriinode ja prootonite koostoimest.

Liiga hajus

Siiani on teadlased kaalunud vaid võimalust tulistada neutriino kiirtega gaasilise vesiniku sihtmärke. Kuid nende sihtmärkide prootonid on liiga hajutatud, et hajutada neutriinosid piisavalt suurel hulgal, et saada olemasolevaid katsetehnikaid kasutades lõplikke tulemusi.

Uues uuringus leidis Cai meeskond sellele probleemile lahenduse peaaegu juhuslikult. Füüsikud kasutavad praegu Fermilabi katset MINERvA, et uurida neutriinosid, tulistades osakeste suure energiakiire plastikust stsintillaatori sihtmärkidesse. Need on tihedad, tahked polümeerid, mis sisaldavad palju vesinikku ja süsinikku.

Süsiniku lahutamine

Cai mõistis, et selle tahke sihtmärgi vesinikuaatomid on palju tihedamalt pakitud kui gaasilises vesinikus. Kui MINERvA detektoris süsinikuaatomite poolt hajutatud neutriinod saaks mõõtmistest lahutada, tegi ta ettepaneku, et meeskonnale jääks signaal, mis on hajutatud vesiniku tuumade poolt.

Uues katses täheldatakse prootoni mõistatuslikku elektromagnetilist struktuuri

Kuna süsinik on palju rohkem neutriinosid kui vesinik, ei veennud see ettepanek paljusid Cai kolleege. Tema idee testimiseks lahutasid teadlased simuleeritud neutriino-süsiniku interaktsioonid üheksa aastat kestnud neutriinode hajumise mõõtmistest MINERvA-s. Nii nagu Cai ennustas, jäid neile hajumise andmed, mis sarnanesid vägagi elektronide hajumise katsete tulemustega – mis näitab selgelt, et nende tehnika töötas ettenähtud viisil.

Selle esialgse edu põhjal loodab meeskond nüüd, et lähenemisviis võib anda sügavama ülevaate prootoni sisestruktuurist. See võib tuua teadlased sammu lähemale paljudele neutriinode olemust puudutavatele küsimustele vastamisele. See hõlmab neutriino tabamatut interaktsiooni teist tüüpi ainetega ja nende spontaanset muundumist neutriino võnkumise kaudu.

Uuringut kirjeldatakse artiklis loodus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/