At spille pool med neutrinoer:Visse interaktioner ligner spillet

Svært at tro, at du kan spille pool med neutrinoer, men visse neutrino -interaktionshændelser er tættere på spillet, end du tror.

I disse kvasielastiske interaktioner med ladet strøm-CCQE-interaktioner, kort sagt - en neutrino rammer en partikel i et atomkerne - en proton eller en neutron. To partikler kommer ud af kollisionen. Den ene er en muon, en tungere fætter til elektronen. Den anden er enten en proton (hvis den stationære partikel er en neutron) eller en neutron (hvis den stationære partikel er en proton).

De neutrino -interaktioner, der skyldes disse kvasielastiske reaktioner, er som kollisionerne mellem bolde i et puljespil:Du kan gætte energien fra den indgående neutrino ved at måle retningen og energien for kun en af ​​de udgående partikler, forudsat at du kender typerne af alle fire partikler, der var i interaktionen i første omgang og neutrinoens oprindelige retning.

CCQE -interaktioner er en vigtig interaktionsform for neutrinoer i nuværende og fremtidige neutrinooscillationsforsøg, såsom det internationale Deep Underground Neutrino -eksperiment, hostet af Fermilab.

De ligner de elastiske interaktioner, hver poolspiller kender undtagen på en vigtig måde:Den svage atomkraft gør det muligt for partiklerne at skifte fra en slags til en anden, deraf det "kvasielastiske" navn. I dette subatomære poolspil, cue -bolden (neutrino) rammer en stationær rød bold (proton), som kommer frem fra kollisionen som en orange kugle (neutron).

Da de fleste moderne neutrinoeksperimenter bruger mål lavet af tunge kerner lige fra kulstof til argon, atomvirkninger og korrelationer mellem neutronerne og protonerne inde i kernen kan forårsage betydelige ændringer i de observerede interaktionshastigheder og ændringer af den estimerede neutrinoenergi.

På MINERvA, forskere identificerer CCQE -interaktionerne ved et langt muonspor, der er tilbage i partikeldetektoren og muligvis et eller flere protonspor. Imidlertid, denne eksperimentelle signatur kan undertiden frembringes ved ikke-CCQE-interaktioner på grund af nukleare effekter inde i målkernen. Tilsvarende nukleare effekter kan også ændre de endelige tilstandspartikler for at få en CCQE-hændelse til at ligne en ikke-CCQE-hændelse og omvendt.

Da atomvirkninger kan gøre det udfordrende at identificere en ægte CCQE -hændelse, MINERvA rapporterer målinger baseret på egenskaberne af de endelige tilstandspartikler og kalder dem CCQE-lignende hændelser (da de vil have bidrag fra både ægte CCQE og ikke-CCQE hændelser). En CCQE-lignende hændelse er en, der har mindst en udgående muon, ethvert antal protoner eller neutroner, og ingen mesoner som partikler i sidste tilstand. (Mesoner, ligesom protoner og neutroner, er lavet af kvarker. Protoner og neutroner har tre kvarker; mesoner har to.)

MINERvA har målt sandsynligheden for CCQE-lignende neutrino-interaktioner ved hjælp af Fermilabs medium-energi neutrino stråle, med neutrino -flux, der toppede ved 6 GeV. Sammenlignet med MINERvAs tidligere målinger, som blev udført med en lavenergistråle (3 GeV peak neutrino flux), denne måling har fordelen af ​​en bredere energirækkevidde og meget større statistik:1, 318, 540 CCQE-lignende begivenheder sammenlignet med 109, 275 begivenheder i tidligere lavenergikørsler.

MINERvA foretog disse CCQE interaktionssandsynlighedsmålinger som en funktion af kvadratet af momentum overført af neutrino til kernen, som forskere betegner som Q2. Plottet viser uoverensstemmelser mellem dataene og de fleste forudsigelser i lav-Q2 og høj-Q2 regioner. Ved at sammenligne MINERvA's måling med forskellige modeller, forskere kan forfine dem og bedre forklare fysikken inde i det nukleare miljø.

MINERvA har også foretaget mere detaljerede målinger af sandsynligheden for neutrino -interaktion baseret på den udgående muons momentum. De tager højde for muons momentum både i retning af den indgående neutrinos bane og i retningen vinkelret på dens bane. Dette arbejde hjælper nuværende og fremtidige neutrinoeksperimenter med at forstå deres egne data over en bred vifte af muonkinematik.

Mateus Carneiro, tidligere fra det brasilianske center for forskning i fysik og Oregon State University og nu ved Brookhaven National Laboratory, og Dan Ruterbories fra University of Rochester var de vigtigste drivkræfter for denne analyse. Resultaterne blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .