A neutrínók meglepő méréssel vizsgálják a proton szerkezetét

Egy posztdoktori kutató merész javaslatát követően egy nemzetközi csapat felfedezett egy robusztus technikát a proton belső szerkezetének neutrínószórás segítségével történő vizsgálatára. Teijin Cai a Rochesteri Egyetemen és a Fermilab MINERvA kísérletén dolgozó kollégái megmutatták, hogyan lehet a protonról információt kinyerni a detektor műanyag célpontja által szétszórt neutrínókból.

A fizikusok már az 1950-es években nagy energiájú elektronsugarak segítségével határozták meg a proton méretét. Megmérve, hogyan szóródnak ki ezek az elektronok a célpontokról, a kutatóknak azóta sikerült megvizsgálniuk a proton belső szerkezetét, és részletesen megmérni az alkotó kvarkjaik töltéseloszlását.

Elvileg hasonló méréseket is lehetővé kell tenni egy neutrínónyaláb, például a Fermilab által generált nyaláb használatával. Annak ellenére, hogy töltésmentesek és szinte tömeg nélküliek, a sugárnyalábban lévő neutrínók egy kis része kölcsönhatásba lép a protonokkal, és jellegzetes szögekben szétszóródik. Ha ez a szóródás mérhető, az nemcsak kiegészítené az elektronszórási kísérleteket a protonszerkezetek szondázásakor; fontos új betekintést nyújthat a neutrínók és a protonok kölcsönhatásába.

Túlságosan diffúz

A kutatók eddig csak annak lehetőségét fontolgatták, hogy neutrínó sugarakat lőjenek gáznemű hidrogén célpontokba. Azonban ezekben a célpontokban a protonok túlságosan diffúzok ahhoz, hogy elég nagy számban szórják szét a neutrínókat ahhoz, hogy a meglévő kísérleti technikákkal meggyőző eredményeket kapjanak.

Az új tanulmányban Cai csapata szinte véletlenül talált megoldást erre a problémára. A fizikusok jelenleg a Fermilabnál a MINERvA kísérletet használják a neutrínók tanulmányozására oly módon, hogy a részecskék nagy energiájú sugarát műanyag szcintillátor célpontokba lövik. Ezek sűrű, szilárd polimerek, amelyek sok hidrogént és szenet tartalmaznak.

A szén levonása

Cai rájött, hogy ebben a szilárd célpontban a hidrogénatomok sokkal sűrűbben vannak megtömve, mint a hidrogéngázban. Ha a MINERvA detektorában a szénatomok által szórt neutrínókat ki lehetne vonni a mérésekből, akkor azt javasolta, hogy a csapatnak maradjon a hidrogénatommagok által szórt jel.

Új kísérletben a proton elképesztő elektromágneses szerkezetét figyelték meg

Mivel sokkal több neutrínót szór szét a szén, mint a hidrogén, Cai sok kollégáját nem győzte meg a javaslat. Ötletének tesztelése érdekében a kutatók levonták a szimulált neutrínó-szén kölcsönhatásokat a MINERvA-n kilenc évig tartó neutrínószórás méréseiből. Csakúgy, ahogy Cai megjósolta, olyan szórási adatok maradtak, amelyek nagyon hasonlítottak az elektronszórási kísérletek eredményeire – egyértelműen jelezve, hogy technikájuk a tervezett módon működött.

A kezdeti siker alapján a csapat most azt reméli, hogy a megközelítés mélyebb betekintést nyerhet a proton belső szerkezetébe. Ez egy lépéssel közelebb hozhatja a kutatókat a neutrínók természetével kapcsolatos számos fennmaradó kérdés megválaszolásához. Ez magában foglalja a neutrínók megfoghatatlan kölcsönhatását más típusú anyagokkal és azok spontán átalakulását a neutrínó oszcillációján keresztül.

A kutatás leírása a Természet.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/