Neutrinii sondează structura protonului într-o măsurătoare surprinzătoare

În urma unei sugestii îndrăznețe din partea unui cercetător postdoc, o echipă internațională a descoperit o tehnică robustă de sondare a structurii interne a protonului prin utilizarea împrăștierii neutrinilor. Teijin Cai de la Universitatea din Rochester și colegii care lucrează la experimentul MINERvA de la Fermilab au arătat cum informațiile despre proton pot fi extrase din neutrini care au fost împrăștiați de ținta de plastic a detectorului.

Încă din anii 1950, fizicienii foloseau fascicule de electroni de înaltă energie pentru a determina dimensiunea protonului. Măsurând modul în care acești electroni se împrăștie de la ținte, cercetătorii au reușit de atunci să cerceteze structura interioară a protonului și să măsoare în detaliu distribuțiile de sarcină ale quarcilor constituenți.

În principiu, măsurători similare ar trebui să fie posibile și folosind un fascicul de neutrini, cum ar fi fasciculul generat la Fermilab. În ciuda faptului că este fără încărcare și aproape fără masă, o mică fracțiune de neutrini dintr-un fascicul va interacționa cu protonii și se va împrăștia în unghiuri caracteristice. Dacă această împrăștiere poate fi măsurată, aceasta nu ar completa doar experimentele de împrăștiere a electronilor în sondarea structurilor protonice; poate oferi, de asemenea, noi perspective importante asupra modului în care neutrinii și protonii interacționează.

Mult prea difuz

Până acum, cercetătorii au luat în considerare doar posibilitatea de a lansa fascicule de neutrini în ținte de hidrogen gazos. Cu toate acestea, protonii din aceste ținte sunt mult prea difuzi pentru a împrăștia neutrini într-un număr suficient de mare pentru a obține rezultate concludente folosind tehnicile experimentale existente.

În noul studiu, echipa lui Cai a găsit o soluție la această problemă aproape întâmplător. Fizicienii folosesc în prezent experimentul MINERvA de la Fermilab pentru a studia neutrinii prin tragerea unui fascicul de particule de mare energie în ținte de scintilatoare din plastic. Aceștia sunt polimeri denși, solizi, care conțin mult hidrogen și carbon.

Scăderea carbonului

Cai și-a dat seama că atomii de hidrogen din această țintă solidă sunt mult mai dens împachetati decât în ​​hidrogenul gazos. Dacă neutrinii împrăștiați de atomii de carbon în detectorul lui MINERvA ar putea fi scăzuți din măsurători, el a sugerat că echipa ar rămâne cu semnalul împrăștiat de nucleele de hidrogen.

Structura electromagnetică uluitoare a Protonului este observată într-un nou experiment

Deoarece mult mai mulți neutrini sunt împrăștiați de carbon decât de hidrogen, mulți dintre colegii lui Cai nu au fost convinși de propunere. Pentru a-și testa ideea, cercetătorii au scăzut interacțiunile neutrino-carbon simulate din nouă ani de măsurători ale împrăștierii neutrinilor la MINERvA. Așa cum a prezis Cai, au rămas cu date de împrăștiere care semănau îndeaproape cu rezultatele experimentelor de împrăștiere a electronilor – indicând clar că tehnica lor a funcționat conform intenției.

Pe baza acestui succes inițial, echipa speră acum că abordarea ar putea duce la o perspectivă mai profundă asupra structurii interioare a protonului. Ar putea aduce cercetătorii cu un pas mai aproape de a răspunde la multe întrebări rămase legate de natura neutrinilor. Aceasta include interacțiunea evazivă a neutrinilor cu alte tipuri de materie și transformarea lor spontană prin oscilația neutrinului.

Cercetarea este descrisă în Natură.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/