Neutrino thăm dò cấu trúc của proton trong phép đo đáng ngạc nhiên

Sau một gợi ý táo bạo từ một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, một nhóm quốc tế đã phát hiện ra một kỹ thuật hiệu quả để thăm dò cấu trúc bên trong của proton bằng cách sử dụng tán xạ neutrino. Tế Tân Cai tại Đại học Rochester và các đồng nghiệp làm việc trong thí nghiệm MINERvA của Fermilab đã chỉ ra cách thông tin về proton có thể được chiết xuất từ ​​neutrino đã bị tán xạ bởi mục tiêu nhựa của máy dò.

Ngay từ những năm 1950, các nhà vật lý đã sử dụng chùm điện tử năng lượng cao để xác định kích thước của proton. Bằng cách đo cách các electron này phân tán khỏi bia, từ đó các nhà nghiên cứu đã tìm cách thăm dò cấu trúc bên trong của proton và đo chi tiết sự phân bố điện tích của các quark cấu thành chúng.

Về nguyên tắc, các phép đo tương tự cũng có thể thực hiện được khi sử dụng chùm neutrino, chẳng hạn như chùm được tạo ra tại Fermilab. Mặc dù không tích điện và hầu như không có khối lượng, nhưng một phần rất nhỏ neutrino trong chùm tia sẽ tương tác với proton và tán xạ ở những góc đặc trưng. Nếu có thể đo được sự tán xạ này, thì nó không chỉ bổ sung cho các thí nghiệm tán xạ electron trong việc thăm dò cấu trúc proton; nó cũng có thể cung cấp những hiểu biết mới quan trọng về cách neutrino và proton tương tác với nhau.

Quá khuếch tán

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu mới chỉ xem xét khả năng bắn chùm neutrino vào các bia hydro ở thể khí. Tuy nhiên, các proton trong các bia này quá khuếch tán để phân tán neutrino với số lượng đủ cao để thu được bất kỳ kết quả thuyết phục nào khi sử dụng các kỹ thuật thí nghiệm hiện có.

Trong nghiên cứu mới, nhóm của Cai đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này một cách gần như tình cờ. Các nhà vật lý hiện đang sử dụng thí nghiệm MINERvA tại Fermilab để nghiên cứu neutrino bằng cách bắn một chùm hạt năng lượng cao vào các mục tiêu nhấp nháy nhựa. Đây là những polyme đặc, rắn có chứa nhiều hydro và carbon.

trừ carbon

Cai nhận ra rằng các nguyên tử hydro trong bia rắn này có mật độ dày đặc hơn nhiều so với trong khí hydro. Nếu các neutrino bị phân tán bởi các nguyên tử carbon trong máy dò của MINERvA có thể bị trừ đi khỏi các phép đo, thì ông cho rằng nhóm nghiên cứu sẽ chỉ còn lại tín hiệu bị phân tán bởi các hạt nhân hydro.

Cấu trúc điện từ khó hiểu của proton được quan sát trong thí nghiệm mới

Vì nhiều neutrino bị tán xạ bởi carbon hơn là hydro, nên nhiều đồng nghiệp của Cai không bị thuyết phục bởi đề xuất này. Để kiểm tra ý tưởng của ông, các nhà nghiên cứu đã trừ đi các tương tác neutrino-carbon mô phỏng từ chín năm đo lường sự tán xạ neutrino tại MINERvA. Đúng như Cai dự đoán, họ để lại dữ liệu tán xạ gần giống với kết quả của các thí nghiệm tán xạ điện tử – rõ ràng cho thấy kỹ thuật của họ đã hoạt động như dự định.

Dựa trên thành công ban đầu này, nhóm hiện hy vọng phương pháp này có thể dẫn đến những hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc bên trong của proton. Nó có thể đưa các nhà nghiên cứu tiến một bước gần hơn đến việc trả lời nhiều câu hỏi còn lại xung quanh bản chất của neutrino. Điều này bao gồm sự tương tác khó nắm bắt của neutrino với các loại vật chất khác và sự biến đổi tự phát của chúng thông qua dao động neutrino.

Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/neutrinos-probe-the-protons-structure-in-surprising-measurement/