Нейтрино исследуют структуру протона неожиданным образом

Следуя смелому предложению постдокторского исследователя, международная команда обнаружила надежный метод исследования внутренней структуры протона с помощью рассеяния нейтрино. Тейджин Кай из Университета Рочестера и его коллеги, работающие над экспериментом MINERvA в Фермилабе, показали, как можно извлечь информацию о протоне из нейтрино, рассеянных пластиковой мишенью детектора.

Еще в 1950-х годах физики использовали пучки высокоэнергетических электронов для определения размера протона. Измеряя, как эти электроны рассеиваются от мишеней, исследователям с тех пор удалось исследовать внутреннюю структуру протона и детально измерить распределение заряда составляющих их кварков.

В принципе, подобные измерения также должны быть возможны с использованием пучка нейтрино, такого как пучок, созданный в лаборатории Ферми. Несмотря на то, что они не имеют заряда и почти не имеют массы, крошечная часть нейтрино в пучке будет взаимодействовать с протонами и рассеиваться под характерными углами. Если бы это рассеяние можно было измерить, оно не только дополнило бы эксперименты по рассеянию электронов при исследовании протонных структур; это также может дать важную новую информацию о том, как взаимодействуют нейтрино и протоны.

Слишком рассеянный

До сих пор исследователи рассматривали только возможность запуска пучков нейтрино в мишени из газообразного водорода. Однако протоны в этих мишенях слишком рассеяны, чтобы рассеять нейтрино в достаточно большом количестве, чтобы получить какие-либо убедительные результаты с использованием существующих экспериментальных методов.

В новом исследовании команда Цая почти случайно нашла решение этой проблемы. Физики в настоящее время используют эксперимент MINERvA в Фермилабе для изучения нейтрино, запуская высокоэнергетический пучок частиц в мишени из пластиковых сцинтилляторов. Это плотные твердые полимеры, содержащие много водорода и углерода.

Вычитание углерода

Кай понял, что атомы водорода в этой твердой мишени упакованы гораздо плотнее, чем в газообразном водороде. Если бы нейтрино, рассеянные атомами углерода в детекторе MINERvA, можно было бы вычесть из измерений, он предположил, что команде останется сигнал, рассеянный ядрами водорода.

Загадочная электромагнитная структура протона наблюдается в новом эксперименте

Поскольку углерод рассеивает гораздо больше нейтрино, чем водород, многих коллег Цая это предложение не убедило. Чтобы проверить его идею, исследователи вычли смоделированные нейтрино-углеродные взаимодействия из девятилетних измерений рассеяния нейтрино в MINERvA. Как и предсказывал Цай, у них остались данные по рассеянию, которые очень напоминали результаты экспериментов по рассеянию электронов, что ясно указывало на то, что их техника работала так, как предполагалось.

Основываясь на этом первоначальном успехе, команда теперь надеется, что этот подход может привести к более глубокому пониманию внутренней структуры протона. Это может приблизить исследователей к ответам на многие остающиеся вопросы, связанные с природой нейтрино. Это включает неуловимое взаимодействие нейтрино с другими типами материи и их спонтанную трансформацию посредством нейтринных осцилляций.

Исследование описано в природа.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/