Нейтрино досліджують структуру протона в дивовижних вимірюваннях

Слідуючи сміливій пропозиції дослідника постдока, міжнародна команда виявила надійну техніку дослідження внутрішньої структури протона за допомогою розсіювання нейтрино. Тейдзін Цай з Університету Рочестера та його колеги, які працюють над експериментом MINERvA від Fermilab, показали, як інформацію про протон можна отримати з нейтрино, які були розсіяні пластиковою мішенню детектора.

Ще в 1950-х роках фізики використовували пучки електронів високої енергії для визначення розміру протона. Вимірюючи, як ці електрони розсіюються від мішеней, дослідникам вдалося дослідити внутрішню структуру протона та детально виміряти розподіл заряду складових кварків.

В принципі, подібні вимірювання також повинні бути можливими з використанням пучка нейтрино, такого як пучок, створений у Фермілаб. Незважаючи на те, що нейтрино без заряду та майже без маси, крихітна частка нейтрино в пучку буде взаємодіяти з протонами та розсіюватися під характерними кутами. Якщо це розсіювання можна виміряти, воно не лише доповнить експерименти з розсіювання електронів у зондуванні протонних структур; це також може дати нове важливе розуміння того, як взаємодіють нейтрино та протони.

Надто розсіяний

Досі дослідники розглядали лише можливість стріляти пучками нейтрино в газоподібні водневі мішені. Проте протони в цих мішенях надто дифузні, щоб розсіювати нейтрино у достатньо великій кількості, щоб отримати переконливі результати за допомогою існуючих експериментальних методів.

У новому дослідженні команда Цая майже випадково знайшла рішення цієї проблеми. Зараз фізики використовують експеримент MINERvA в Fermilab для вивчення нейтрино, запускаючи пучок частинок високої енергії в пластикові сцинтиляторні мішені. Це щільні тверді полімери, які містять багато водню та вуглецю.

Віднімання вуглецю

Цай зрозумів, що атоми водню в цій твердій мішені набагато щільніше упаковані, ніж у газоподібному водні. Якщо нейтрино, розсіяні атомами вуглецю в детекторі MINERvA, можна було б відняти від вимірювань, він припустив, що команда залишиться з сигналом, розсіяним ядрами водню.

У новому експерименті спостерігають загадкову електромагнітну структуру протона

Оскільки вуглець розсіює набагато більше нейтрино, ніж водень, пропозиція багатьох колег Кая не переконала. Щоб перевірити свою ідею, дослідники відняли змодельовані нейтрино-вуглецеві взаємодії з дев’ятирічних вимірювань розсіювання нейтрино в MINERvA. Як і передбачав Цай, вони отримали дані розсіювання, які дуже нагадували результати експериментів з розсіювання електронів, що чітко вказувало на те, що їхня техніка спрацювала, як передбачалося.

Грунтуючись на цьому початковому успіху, тепер команда сподівається, що цей підхід може привести до глибшого розуміння внутрішньої структури протона. Це може наблизити дослідників до відповідей на багато питань, що залишаються навколо природи нейтрино. Це включає невловиму взаємодію нейтрино з іншими типами матерії та їх спонтанну трансформацію через коливання нейтрино.

Дослідження описано в природа.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/