ניוטרינו בודקים את מבנה הפרוטון במדידה מפתיעה

בעקבות הצעה נועזת של חוקר פוסט-דוקטורט, צוות בינלאומי גילה טכניקה חזקה לבדיקת המבנה הפנימי של הפרוטון באמצעות פיזור ניטרינו. טייג'ין קאי באוניברסיטת רוצ'סטר ועמיתים שעבדו על ניסוי MINERvA של Fermilab הראו כיצד ניתן לחלץ מידע על הפרוטון מניטרינו שפוזרו על ידי מטרת הפלסטיק של הגלאי.

כבר בשנות ה-1950 השתמשו פיזיקאים באלומות אלקטרונים בעלות אנרגיה גבוהה כדי לקבוע את גודל הפרוטון. על ידי מדידת האופן שבו אלקטרונים אלה מתפזרים ממטרות, החוקרים הצליחו מאז לחקור את המבנה הפנימי של הפרוטון ולמדוד את התפלגות המטען של הקווארקים המרכיבים אותם בפירוט.

באופן עקרוני, מדידות דומות אמורות להיות אפשריות גם באמצעות קרן נייטרינו, כמו הקרן שנוצרת ב-Fermilab. למרות היותו חסר מטען וכמעט חסר מסה, חלק זעיר של ניטרינו בקרן יקיים אינטראקציה עם פרוטונים, ויתפזר בזוויות אופייניות. אם ניתן למדוד את הפיזור הזה, הוא לא רק ישלים ניסויים בפיזור אלקטרונים בחיטוט מבני פרוטונים; זה עשוי גם לספק תובנות חדשות וחשובות לגבי האופן שבו נייטרינו ופרוטונים מתקשרים.

מפוזר מדי

עד כה, חוקרים שקלו רק את האפשרות לירות קרני ניטרינו אל מטרות מימן גזי. עם זאת, הפרוטונים במטרות אלה מפוזרים מדי מכדי לפזר נויטרינו במספרים גבוהים מספיק כדי להשיג תוצאות חותכות באמצעות טכניקות ניסוי קיימות.

במחקר החדש, הצוות של קאי מצא פתרון לבעיה הזו כמעט במקרה. הפיזיקאים משתמשים כעת בניסוי MINERvA ב-Fermilab כדי לחקור ניטרינו על ידי ירי קרן באנרגיה גבוהה של החלקיקים אל מטרות נצנוץ פלסטיק. אלו הם פולימרים צפופים ומוצקים המכילים הרבה מימן ופחמן.

הפחתת פחמן

קאי הבין שאטומי המימן במטרה מוצקה זו ארוזים הרבה יותר בצפיפות מאשר בגז מימן. אם ניתן היה לגרוע מהמדידות את הנייטרינים המפוזרים על ידי אטומי פחמן בגלאי MINERvA, הוא הציע שהצוות יישאר עם האות המפוזר על ידי גרעיני מימן.

המבנה האלקטרומגנטי התמוה של פרוטון נצפה בניסוי חדש

מכיוון שהרבה יותר ניטרינו מפוזרים על ידי פחמן מאשר מימן, רבים מעמיתיו של קאי לא השתכנעו מההצעה. כדי לבדוק את הרעיון שלו, החוקרים גרעו אינטראקציות נייטרינו-פחמן מדומות מתשע שנים של מדידות של פיזור נייטרינו ב-MINERvA. בדיוק כפי שחזה קאי, הם נותרו עם נתוני פיזור שדומים מאוד לתוצאות של ניסויים בפיזור אלקטרונים - מה שמצביע בבירור על הטכניקה שלהם עבדה כמתוכנן.

בהתבסס על הצלחה ראשונית זו, הצוות מקווה כעת שהגישה תוכל להוביל לתובנות מעמיקות יותר לגבי המבנה הפנימי של הפרוטון. זה יכול לקרב את החוקרים צעד אחד יותר לתשובה לשאלות רבות שנותרו סביב טבעם של הנייטרינו. זה כולל את האינטראקציה החמקמקה של ניטרינו עם סוגים אחרים של חומר והתמרה ספונטנית שלהם באמצעות תנודת נייטרינו.

המחקר מתואר ב טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/