Neutrina badają strukturę protonu w zaskakujących pomiarach

Podążając za odważną sugestią badacza ze stopniem doktora, międzynarodowy zespół odkrył solidną technikę badania wewnętrznej struktury protonu za pomocą rozpraszania neutrin. Teijin Cai z University of Rochester i współpracownicy pracujący nad eksperymentem Fermilab MINERvA pokazali, w jaki sposób można uzyskać informacje o protonie z neutrin, które zostały rozproszone przez plastikową tarczę detektora.

Już w latach pięćdziesiątych fizycy używali wysokoenergetycznych wiązek elektronów do określania rozmiaru protonu. Mierząc, w jaki sposób te elektrony rozpraszają się od celów, naukowcom udało się od tego czasu zbadać wewnętrzną strukturę protonu i szczegółowo zmierzyć rozkłady ładunków ich składowych kwarków.

W zasadzie podobne pomiary powinny być również możliwe przy użyciu wiązki neutrin, takiej jak wiązka generowana w Fermilabie. Pomimo tego, że jest pozbawiona ładunku i prawie bezmasowa, niewielka część neutrin w wiązce będzie oddziaływać z protonami i rozpraszać się pod charakterystycznymi kątami. Jeśli to rozpraszanie można zmierzyć, nie tylko uzupełniłoby to eksperymenty rozpraszania elektronów w sondowaniu struktur protonowych; może również dostarczyć ważnych nowych informacji na temat interakcji neutrin i protonów.

Zbyt rozproszone

Jak dotąd naukowcy rozważali jedynie możliwość wystrzeliwania wiązek neutrin w gazowe cele wodorowe. Jednak protony w tych celach są zbyt rozproszone, aby rozpraszać neutrina w wystarczająco dużej liczbie, aby uzyskać rozstrzygające wyniki przy użyciu istniejących technik eksperymentalnych.

W nowym badaniu zespół Cai prawie przypadkowo znalazł rozwiązanie tego problemu. Fizycy wykorzystują obecnie eksperyment MINERvA w Fermilabie do badania neutrin poprzez wystrzeliwanie wysokoenergetycznej wiązki cząstek w plastikowe cele scyntylacyjne. Są to gęste, stałe polimery, które zawierają dużo wodoru i węgla.

Odejmowanie węgla

Cai zdał sobie sprawę, że atomy wodoru w tym stałym celu są znacznie bardziej upakowane niż w gazowym wodorze. Jeśli neutrina rozproszone przez atomy węgla w detektorze MINERvA mogłyby zostać odjęte od pomiarów, zasugerował, że zespołowi pozostałby sygnał rozproszony przez jądra wodoru.

W nowym eksperymencie zaobserwowano zagadkową strukturę elektromagnetyczną protonu

Ponieważ o wiele więcej neutrin jest rozpraszanych przez węgiel niż wodór, wielu kolegów Cai nie było przekonanych do tej propozycji. Aby przetestować jego pomysł, naukowcy odjęli symulowane interakcje neutrin-węgiel od dziewięciu lat pomiarów rozpraszania neutrin w MINERvA. Tak jak przewidywał Cai, pozostawiono im dane rozpraszania, które bardzo przypominały wyniki eksperymentów z rozpraszaniem elektronów – wyraźnie wskazując, że ich technika zadziałała zgodnie z przeznaczeniem.

Bazując na tym początkowym sukcesie, zespół ma teraz nadzieję, że podejście to może doprowadzić do głębszego wglądu w wewnętrzną strukturę protonu. Może przybliżyć badaczy do odpowiedzi na wiele pozostałych pytań dotyczących natury neutrin. Obejmuje to nieuchwytne interakcje neutrin z innymi rodzajami materii i ich spontaniczną transformację poprzez oscylacje neutrin.

Badania opisano w Natura.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/