Eksperimentresultater bekræfter anomali, kunne pege på ny elementær partikel

Nye videnskabelige resultater bekræfter en anomali set i tidligere eksperimenter, som kan pege på en endnu ubekræftet ny elementær partikel, den sterile neutrino, eller indikere behovet for en ny fortolkning af et aspekt af standardmodelfysikken, såsom neutrinokorset afsnit, første gang målt for 60 år siden. Los Alamos National Laboratory er den førende amerikanske institution, der samarbejder om Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST), hvis resultater for nylig blev offentliggjort i tidsskrifterne Physical Review Letters og Fysisk gennemgang C .

"Resultaterne er meget spændende," sagde Steve Elliott, ledende analytiker for et af de hold, der evaluerer dataene og medlem af Los Alamos Physics division. "Dette bekræfter helt klart den anomali, vi har set i tidligere eksperimenter. Men hvad dette betyder er ikke indlysende. Der er nu modstridende resultater om sterile neutrinoer. Hvis resultaterne indikerer, at grundlæggende kerne- eller atomfysik er misforstået, ville det også være meget interessant. ." Andre medlemmer af Los Alamos-teamet omfatter Ralph Massarczyk og Inwook Kim.

Mere end en kilometer under jorden i Baksan Neutrino Observatory i Ruslands Kaukasusbjerge brugte BEST 26 bestrålede skiver af chrom 51, en syntetisk radioisotop af chrom og 3,4 megacurie-kilden til elektronneutrinoer, til at bestråle en indre og ydre blød galliumtank, en blød galliumtank. , sølvfarvet metal også brugt i tidligere eksperimenter, dog tidligere i en en-tank opstilling. Reaktionen mellem elektronneutrinoerne fra chrom 51 og gallium producerer isotopen germanium 71.

Den målte hastighed for germanium 71-produktion var 20-24% lavere end forventet baseret på teoretisk modellering. Denne uoverensstemmelse er i tråd med den anomali, der er set i tidligere eksperimenter.

BEST bygger på et solneutrino-eksperiment, det sovjet-amerikanske gallium-eksperiment (SAGE), hvor Los Alamos National Laboratory var en stor bidragyder, der startede i slutningen af ​​1980'erne. Det eksperiment brugte også gallium og højintensitets neutrinokilder. Resultaterne af dette eksperiment og andre indikerede et underskud af elektronneutrinoer - en uoverensstemmelse mellem de forudsagte og de faktiske resultater, der blev kendt som "gallium-anomalien." En fortolkning af underskuddet kunne være bevis for svingninger mellem elektronneutrino- og sterile neutrinotilstande.

Den samme anomali gentog sig i BEST-eksperimentet. De mulige forklaringer inkluderer igen oscillation til en steril neutrino. Den hypotetiske partikel kan udgøre en vigtig del af mørkt stof, en potentiel form for stof, der menes at udgøre langt størstedelen af ​​det fysiske univers. Denne fortolkning kan dog have brug for yderligere test, fordi målingen for hver tank var nogenlunde den samme, dog lavere end forventet.

Andre forklaringer på anomalien omfatter muligheden for en misforståelse i de teoretiske input til eksperimentet - at selve fysikken kræver omarbejdelse. Elliott påpeger, at tværsnittet af elektronneutrinoen aldrig er blevet målt ved disse energier. For eksempel er et teoretisk input til måling af tværsnittet, hvilket er svært at bekræfte, elektrondensiteten ved atomkernen.

Eksperimentets metodologi blev grundigt gennemgået for at sikre, at der ikke blev lavet fejl i aspekter af forskningen, såsom placering af strålingskilder eller tællesystemoperationer. Fremtidige iterationer af eksperimentet, hvis det udføres, kan omfatte en anden strålingskilde med højere energi, længere halveringstid og følsomhed over for kortere oscillationsbølgelængder. + Udforsk yderligere

Resultater fra NEOS-eksperimentet på sterile neutrinoer adskiller sig delvist fra de teoretiske forventninger