NA61/SHINE giver neutrino -eksperimenter en hjælpende hånd

Neutrinoer er de letteste af alle de kendte partikler, der har masse. Alligevel kan deres adfærd, når de rejser, hjælpe med at besvare et af de største gåder i fysik:hvorfor det nuværende univers hovedsageligt består af materie, når Big Bang skulle have produceret lige store mængder stof og antimateriale. I to nyere aviser, NA61/SHINE-samarbejdet rapporterer partikelmålinger, der er afgørende for acceleratorbaserede eksperimenter, der studerer sådan neutrinoadfærd.

Neutrinoer findes i tre typer, eller "smag, "og neutrino -eksperimenter måler med stadigt stigende detaljer, hvordan de og deres antimateriale modparter, antineutrinos, "oscillere" fra en smag til en anden, mens de rejser. Hvis det viser sig, at neutrinoer og antineutrinoer svinger på en anden måde fra hinanden, dette kan delvist forklare den nuværende ubalance mellem materie og antimateriale.

Acceleratorbaserede neutrino-eksperimenter leder efter neutrino-svingninger ved at producere en stråle af neutrinoer med en smag og måle strålen, efter at den har tilbagelagt en lang afstand. Neutrino-bjælkerne produceres typisk ved at affyre en stråle med højenergiprotoner til lange, tynde kulstof- eller berylliummål. Disse proton -mål -interaktioner producerer hadroner, såsom pioner og kaoner, som fokuseres ved hjælp af magnetiske aluminiumshorn og ledes ind i lange tunneler, hvor de omdannes til neutrinoer og andre partikler.

For at få en pålidelig måling af neutrino -svingninger, forskerne, der arbejder på disse eksperimenter, skal estimere antallet af neutrinoer i strålen før oscillation, og hvordan dette tal varierer med partiklernes energi. Det er svært at estimere denne "neutrino flux", fordi neutrinoer interagerer meget svagt med andre partikler og ikke kan måles let. For at komme uden om dette, forskere vurderer i stedet antallet af hadroner. Men at måle antallet af hadroner er også udfordrende, fordi der er for mange af dem til at måle præcist.

Det er her, eksperimenter som NA61/SHINE ved CERN's Super Proton Synchrotron kommer ind. NA61/SHINE kan gengive proton -mål -interaktioner, der genererer hadronerne, der omdannes til neutrinoer. Det kan også gengive efterfølgende interaktioner, som protoner og hadroner undergår i målene og fokuserende horn. Disse efterfølgende interaktioner kan producere yderligere neutrino-frembringende hadroner.

NA61/SHINE-samarbejdet har tidligere målt hadroner, der er genereret i eksperimenter ved 31 GeV/c-protonenergi (hvor c er lysets hastighed) for at hjælpe med at forudsige neutrinostrømmen i Tokai-til-Kamioka (T2K) neutrino-oscillationsforsøg i Japan . Samarbejdet har også været at indsamle data på 60 og 120 GeV/c energier til fordel for MINERνA, NOνA og DUNE eksperimenter på Fermilab i USA. Analysen af ​​disse datasæt skrider godt frem og har senest ført til to artikler:det ene beskriver målinger af interaktioner mellem protoner og kulstof, beryllium og aluminium, og en anden rapporterende måling af interaktioner mellem pioner og kulstof og beryllium.

"Disse resultater er afgørende for Fermilabs neutrino -eksperimenter, "siger Laura Fields, et NA61/SHINE-samarbejdsmedlem og medordfører for MINERνA. "For at forudsige neutrinofluxerne for disse eksperimenter, forskere har brug for en ekstremt detaljeret simulering af hele strålelinjen og alle de interaktioner, der sker inden for den. Til den simulering skal vi kende sandsynligheden for, at hver type interaktion vil ske, partiklerne, der vil blive produceret, og deres egenskaber. Så interaktionsmålinger som de nyeste vil være afgørende for at gøre disse simuleringer meget mere præcise, ”forklarer hun.

"Når man ser ind i fremtiden, NA61/SHINE vil fokusere på målinger for den næste generation af neutrino-oscillationsforsøg, herunder DUNE og T2HK i Japan, at gøre disse eksperimenter i stand til at producere højpræcisionsresultater inden for neutrino-fysik, "Fields slutter.