ニュートリノは驚くべき測定で陽子の構造を調べます

ポスドク研究者からの大胆な提案に続いて、国際チームは、ニュートリノ散乱を使用して陽子の内部構造を調べるための強力な手法を発見しました。 帝人蔡 フェルミラボのMINERvA実験に取り組んでいるロチェスター大学と同僚は、検出器のプラスチックターゲットによって散乱されたニュートリノから陽子に関する情報をどのように抽出できるかを示しました。

1950 年代には、物理​​学者は陽子のサイズを決定するために高エネルギー電子ビームを使用していました。 これらの電子がターゲットからどのように散乱するかを測定することにより、研究者はその後、陽子の内部構造を調べ、それらを構成するクォークの電荷分布を詳細に測定することに成功しました。

原理的には、フェルミ研究所で生成されたビームなどのニュートリノのビームを使用しても、同様の測定が可能になるはずです。 無電荷でほとんど質量がないにもかかわらず、ビーム内のニュートリノのごく一部が陽子と相互作用し、特徴的な角度で散乱します。 この散乱を測定できれば、陽子構造を調べる際の電子散乱実験を補完するだけではありません。 また、ニュートリノと陽子がどのように相互作用するかについて、重要な新しい洞察を提供する可能性もあります。

拡散しすぎ

これまでのところ、研究者はニュートリノビームを水素ガスターゲットに発射する可能性しか考えていませんでした。 しかし、これらのターゲットの陽子は拡散しすぎているため、既存の実験技術を使用して決定的な結果を得るのに十分な数のニュートリノを散乱させることはできません。

新しい研究で、Cai のチームはこの問題の解決策をほとんど偶然に見つけました。 物理学者は現在、フェルミ研究所のMINERvA実験を使用して、粒子の高エネルギービームをプラスチックシンチレーターターゲットに発射することによりニュートリノを研究しています。 これらは、水素と炭素を多く含む高密度の固体ポリマーです。

炭素を差し引く

カイは、この固体ターゲットの水素原子が、水素ガスよりもはるかに高密度に詰まっていることに気付きました。 MINERvA の検出器で炭素原子によって散乱されたニュートリノを測定値から差し引くことができれば、チームには水素原子核によって散乱された信号が残るだろうと彼は示唆した。

陽子の不可解な電磁構造が新しい実験で観測される

水素よりもはるかに多くのニュートリノが炭素によって散乱されるため、カイの同僚の多くはこの提案に納得していませんでした。 彼の考えを検証するために、研究者たちは、MINERvA での XNUMX 年間のニュートリノ散乱の測定から、シミュレートされたニュートリノと炭素の相互作用を差し引いた。 Cai の予測どおり、電子散乱実験の結果とよく似た散乱データが残されました。これは、彼らの技術が意図したとおりに機能したことを明確に示しています。

この最初の成功に基づいて、チームは現在、アプローチが陽子の内部構造へのより深い洞察につながることを望んでいます。 ニュートリノの性質を取り巻く多くの残りの疑問に答えることに、研究者は一歩近づくことができます。 これには、ニュートリノのとらえどころのない他の種類の物質との相互作用と、ニュートリノ振動によるそれらの自発的な変換が含まれます。

研究はで説明されています 自然.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/