Neutrino's onderzoeken de structuur van het proton in verrassende metingen

Na een gedurfde suggestie van een postdoc-onderzoeker heeft een internationaal team een ​​robuuste techniek ontdekt om de interne structuur van het proton te onderzoeken met behulp van neutrinoverstrooiing. Teijin Cai aan de Universiteit van Rochester en collega's die aan het MINERvA-experiment van Fermilab werken, hebben laten zien hoe informatie over het proton kan worden geëxtraheerd uit neutrino's die zijn verstrooid door het plastic doelwit van de detector.

Al in de jaren vijftig gebruikten natuurkundigen hoogenergetische elektronenbundels om de grootte van het proton te bepalen. Door te meten hoe deze elektronen van doelen worden verstrooid, zijn onderzoekers er sindsdien in geslaagd om de interne structuur van het proton te onderzoeken en de ladingsverdelingen van hun samenstellende quarks in detail te meten.

Soortgelijke metingen zouden in principe ook mogelijk moeten zijn met een bundel neutrino's, zoals de bundel die bij Fermilab wordt gegenereerd. Ondanks dat ze ladingloos en bijna massaloos zijn, zal een kleine fractie van de neutrino's in een straal interageren met protonen en onder karakteristieke hoeken verstrooien. Als deze verstrooiing kan worden gemeten, zou het niet alleen een aanvulling zijn op experimenten met elektronenverstrooiing bij het onderzoeken van protonstructuren; het kan ook belangrijke nieuwe inzichten opleveren in hoe neutrino's en protonen op elkaar inwerken.

Veel te diffuus

Tot nu toe hebben onderzoekers alleen de mogelijkheid overwogen om neutrinostralen af ​​te vuren op gasvormige waterstofdoelen. De protonen in deze doelen zijn echter veel te diffuus om neutrino's in voldoende hoge aantallen te verstrooien om definitieve resultaten te verkrijgen met behulp van bestaande experimentele technieken.

In de nieuwe studie vond het team van Cai bijna per ongeluk een oplossing voor dit probleem. De natuurkundigen gebruiken momenteel het MINERvA-experiment bij Fermilab om neutrino's te bestuderen door een hoogenergetische straal van de deeltjes in plastic scintillatordoelen te schieten. Dit zijn dichte, vaste polymeren die veel waterstof en koolstof bevatten.

Koolstof aftrekken

Cai realiseerde zich dat de waterstofatomen in dit vaste doelwit veel dichter opeengepakt zijn dan in waterstofgas. Als de neutrino's verstrooid door koolstofatomen in de detector van MINERvA zouden kunnen worden afgetrokken van de metingen, suggereerde hij dat het team zou achterblijven met het signaal verstrooid door waterstofkernen.

De raadselachtige elektromagnetische structuur van Proton wordt waargenomen in een nieuw experiment

Aangezien er veel meer neutrino's worden verstrooid door koolstof dan door waterstof, waren veel van Cai's collega's niet overtuigd door het voorstel. Om zijn idee te testen, trokken de onderzoekers gesimuleerde neutrino-koolstofinteracties af van negen jaar metingen van neutrinoverstrooiing bij MINERvA. Precies zoals Cai had voorspeld, bleven ze achter met verstrooiingsgegevens die sterk leken op de resultaten van elektronenverstrooiingsexperimenten - wat duidelijk aangeeft dat hun techniek had gewerkt zoals bedoeld.

Op basis van dit aanvankelijke succes hoopt het team nu dat de aanpak kan leiden tot diepere inzichten in de interne structuur van het proton. Het zou onderzoekers een stap dichter kunnen brengen bij het beantwoorden van veel resterende vragen over de aard van neutrino's. Dit omvat de ongrijpbare interactie van neutrino met andere soorten materie en hun spontane transformatie door neutrino-oscillatie.

Het onderzoek is beschreven in NATUUR.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/