Nevtrini sondirajo strukturo protona v presenetljivi meritvi

Po drznem predlogu podoktorskega raziskovalca je mednarodna ekipa odkrila robustno tehniko za raziskovanje notranje strukture protona z uporabo sipanja nevtrinov. Teijin Cai na Univerzi v Rochesterju in sodelavci, ki delajo na Fermilabovem eksperimentu MINERvA, so pokazali, kako je mogoče informacije o protonu pridobiti iz nevtrinov, ki jih je razpršila plastična tarča detektorja.

Že v petdesetih letih 1950. stoletja so fiziki uporabljali visokoenergijske elektronske žarke za določanje velikosti protona. Z merjenjem, kako se ti elektroni razpršijo od tarč, je raziskovalcem uspelo raziskati notranjo strukturo protona in podrobno izmeriti porazdelitev naboja njihovih sestavnih kvarkov.

Načeloma bi morale biti podobne meritve možne tudi z uporabo žarka nevtrinov, kot je žarek, ustvarjen v Fermilabu. Kljub temu, da je brez naboja in skoraj brez mase, bo majhen del nevtrinov v žarku interagiral s protoni in se razpršil pod značilnimi koti. Če je to sipanje mogoče izmeriti, ne bi le dopolnjevalo eksperimentov sipanja elektronov pri sondiranju protonskih struktur; lahko tudi zagotovi pomembne nove vpoglede v medsebojno delovanje nevtrinov in protonov.

Preveč razpršeno

Doslej so raziskovalci obravnavali le možnost izstrelitve nevtrinskih žarkov v plinaste vodikove tarče. Vendar pa so protoni v teh tarčah veliko preveč razpršeni, da bi razpršili nevtrine v dovolj velikem številu, da bi z obstoječimi eksperimentalnimi tehnikami pridobili prepričljive rezultate.

V novi študiji je Caijeva ekipa skoraj po naključju našla rešitev za ta problem. Fiziki trenutno uporabljajo eksperiment MINERvA v Fermilabu za preučevanje nevtrinov z izstrelitvijo visokoenergetskega žarka delcev v plastične scintilatorske tarče. To so gosti, trdni polimeri, ki vsebujejo veliko vodika in ogljika.

Odštevanje ogljika

Cai je ugotovil, da so atomi vodika v tej trdni tarči veliko bolj gosto zapakirani kot v vodikovem plinu. Če bi nevtrine, razpršene z atomi ogljika v detektorju MINERvA, lahko odšteli od meritev, je predlagal, da bi ekipa ostala s signalom, ki ga razpršijo vodikova jedra.

V novem poskusu opazimo protonovo osupljivo elektromagnetno strukturo

Ker veliko več nevtrinov razprši ogljik kot vodik, predlog mnogih Caijevih kolegov ni prepričal. Da bi preizkusili njegovo idejo, so raziskovalci od devetih let meritev sipanja nevtrinov na MINERvA odšteli simulirane interakcije nevtrino-ogljik. Tako kot je napovedal Cai, so ostali s podatki o sipanju, ki so bili zelo podobni rezultatom eksperimentov s sipanjem elektronov – kar jasno kaže, da je njihova tehnika delovala, kot je bilo predvideno.

Na podlagi tega začetnega uspeha ekipa zdaj upa, da bi pristop lahko vodil do globljih vpogledov v notranjo strukturo protona. Raziskovalce bi lahko pripeljal korak bližje k odgovorom na številna vprašanja, ki so povezana z naravo nevtrinov. To vključuje izmuzljivo interakcijo nevtrinov z drugimi vrstami materije in njihovo spontano transformacijo skozi nihanje nevtrinov.

Raziskava je opisana v Narava.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/