Neutriinot tutkivat protonin rakennetta yllättävässä mittauksessa

Postdoc-tutkijan rohkean ehdotuksen jälkeen kansainvälinen ryhmä on löytänyt vankan tekniikan protonin sisäisen rakenteen tutkimiseksi käyttämällä neutriinosirontaa. Teijin Cai Rochesterin yliopistossa ja kollegat, jotka työskentelevät Fermilabin MINERvA-kokeessa, ovat osoittaneet, kuinka protonia koskevaa tietoa voidaan erottaa neutriinoista, jotka ilmaisimen muovikohde on levittänyt.

Jo 1950-luvulla fyysikot käyttivät suurienergisiä elektronisuihkuja protonin koon määrittämiseen. Mittaamalla kuinka nämä elektronit siroavat kohteista, tutkijat ovat sittemmin onnistuneet tutkimaan protonin sisäistä rakennetta ja mittaamaan niiden kvarkkien varausjakaumat yksityiskohtaisesti.

Periaatteessa vastaavien mittausten pitäisi olla mahdollisia myös käyttämällä neutriinosädettä, kuten Fermilabissa tuotettua sädettä. Huolimatta siitä, että ne ovat varautumattomia ja lähes massattomia, pieni osa säteen sisällä olevista neutriinoista on vuorovaikutuksessa protonien kanssa ja siroaa tyypillisissä kulmissa. Jos tämä sironta voidaan mitata, se ei vain täydentäisi elektroninsirontakokeita protonirakenteiden tutkimisessa; se voi myös tarjota tärkeitä uusia oivalluksia neutriinojen ja protonien vuorovaikutuksesta.

Aivan liian hajanainen

Toistaiseksi tutkijat ovat harkinneet vain mahdollisuutta ampua neutrinonsäteitä kaasumaisiin vetykohteisiin. Näiden kohteiden protonit ovat kuitenkin aivan liian hajanaisia ​​hajottaakseen neutriinoja riittävän suuria määriä saadakseen lopullisia tuloksia olemassa olevilla kokeellisilla tekniikoilla.

Uudessa tutkimuksessa Cain tiimi löysi ratkaisun tähän ongelmaan melkein vahingossa. Fyysikot käyttävät parhaillaan MINERvA-koetta Fermilabissa tutkiakseen neutriinoja ampumalla korkeaenergisen hiukkassäteen muovisiin tuikekohteisiin. Nämä ovat tiiviitä, kiinteitä polymeerejä, jotka sisältävät paljon vetyä ja hiiltä.

Hiilen vähentäminen

Cai tajusi, että tämän kiinteän kohteen vetyatomit ovat paljon tiheämmin pakatut kuin vetykaasussa. Jos MINERvA:n ilmaisimen hiiliatomien hajottamat neutriinot voitaisiin vähentää mittauksista, hän ehdotti, että ryhmälle jätettäisiin vetyytimien hajottama signaali.

Protonin hämmentävä sähkömagneettinen rakenne havaitaan uudessa kokeessa

Koska hiili hajottaa paljon enemmän neutriinoja kuin vety, monet Cain kollegat eivät olleet vakuuttuneita ehdotuksesta. Testatakseen hänen ideaansa tutkijat vähensivät simuloidut neutriino-hiilivuorovaikutukset yhdeksän vuotta kestäneistä neutrinonsirontamittauksista MINERvA:ssa. Aivan kuten Cai ennusti, heille jätettiin sirontadataa, joka muistutti läheisesti elektroninsirontakokeiden tuloksia - mikä selvästi osoitti, että heidän tekniikkansa oli toiminut tarkoitetulla tavalla.

Tämän alkuperäisen menestyksen perusteella tiimi toivoo nyt, että lähestymistapa voisi johtaa syvempään näkemykseen protonin sisärakenteesta. Se voisi tuoda tutkijat askeleen lähemmäksi vastausta moniin jäljellä oleviin neutriinojen luonteeseen liittyviin kysymyksiin. Tämä sisältää neutriinojen vaikeasti havaittavan vuorovaikutuksen muun tyyppisten aineiden kanssa ja niiden spontaanin muuntumisen neutriinovärähtelyn kautta.

Tutkimusta kuvataan luonto.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/