Første måling af enkelt-proton-interaktioner med MicroBooNE-detektoren

Neutrinoer er lige så mystiske, som de er allestedsnærværende. En af de mest udbredte partikler i universet, de passerer ubemærket igennem det meste. Deres masser er så små, at der hidtil ikke er lykkedes noget eksperiment at måle dem, mens de rejser med næsten lysets hastighed.

MicroBooNE neutrinoeksperimentet ved Energiministeriets Fermilab har offentliggjort en ny måling, der hjælper med at male et mere detaljeret portræt af neutrinoen. Denne måling retter sig mere præcist mod en af ​​de processer, der opstår fra interaktionen mellem en neutrino og en atomkerne, en med et fancy navn:ladet-strøm kvasielastisk spredning.

Fysikere har brugt meget tid på at udforske egenskaberne af disse usynlige partikler. I 1962, de opdagede, at neutrinoer findes i mere end én type, eller smag. Ved slutningen af ​​århundredet, videnskabsmænd havde identificeret tre smagsvarianter og opdagede også, at neutrinoer kunne skifte smag gennem en proces kaldet oscillation. Denne overraskende kendsgerning repræsenterer en revolution inden for fysik:det første kendte bevis på fysik ud over den ekstremt succesrige standardmodel.

I betragtning af overfloden af ​​ubesvarede spørgsmål relateret til disse undvigende partikler, neutrinofysik er ved at gå ind i en ny æra af højpræcisionsmålinger, hvor kommende eksperimenter vil forsøge at udtrække oscillationsparametrene med hidtil uset nøjagtighed. Disse eksperimenter vil bruge state-of-the-art detektorer til at måle neutrino-interaktioner. For at eksperimenterne bliver en succes, nøjagtig modellering af neutrino-kerne-interaktioner i deres simuleringer er et must.

Flydende-argon tidsprojektionskamre er kraftfulde partikeldetektorer, der giver os mulighed for at studere neutrino-interaktioner i detaljer, og disse målinger kan bruges til at benchmarke gyldigheden af ​​neutrinointeraktionsmodeller i aktuelle simuleringer. MicroBooNE neutrinoeksperimentet er det første storstilede driftseksperiment hos Fermilab, der bruger denne nye detektorteknologi. Den har allerede samlet et væld af neutrino-spredningsbegivenheder i løbet af de sidste fem år.

Når en neutrino interagerer med en kerne, det kan producere en myon (en fætter til elektronen) og en proton gennem ladet-strøm kvasielastisk spredning, eller CCQE-spredning. MicroBooNE udgivet i Fysisk gennemgangsbreve den første måling af CCQE-lignende interaktioner på argon for hændelser, der producerer en enkelt myon og en enkelt proton, men ingen ladede pioner - en anden form for subatomare partikel, der ofte opstår fra neutrino-interaktioner med stof. Denne måling begrænser beregninger, der er afgørende for fremtidige målinger, og identificerer områder, hvor forbedring af teoretiske modeller er påkrævet.

Dette resultat er af stor betydning for alle fremtidige neutrino-oscillationseksperimenter, der vil bruge argon-måldetektorer, såsom eksperimenter af Short-Baseline Neutrino-programmet og det internationale Deep Underground Neutrino Experiment, begge hostet af Fermilab, som vil stole på præcis modellering af neutrino-interaktioner på argon for at nå deres forventede følsomheder.