Изображение протона с помощью нейтрино

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 23 марта 2023 г., 13:46:25 MSK
  • 0 комментариев
  • 53 просмотра
Взаимодействия кварков и глюонов, из которых состоят протоны и нейтроны, настолько сильны, что структуру протонов и нейтронов трудно рассчитать теоретически и вместо этого ее необходимо измерить экспериментально. В экспериментах с нейтрино используются мишени, представляющие собой ядра, состоящие из множества протонов и нейтронов, связанных вместе. Это усложняет интерпретацию этих измерений для определения структуры протона. Рассеивая нейтрино от протонов, которые являются ядрами атомов водорода в детекторе MINERvA, ученые обеспечили первые измерения этой структуры с помощью нейтрино, использующих несвязанные протоны.

Протоны и нейтроны, строительные блоки атомных ядер, сами состоят из сильно взаимодействующих кварков и глюонов. Поскольку взаимодействия настолько сильны, структуру протонов и нейтронов трудно рассчитать на основе теории. Вместо этого ученые должны измерить это экспериментально. В экспериментах с нейтрино используются мишени, представляющие собой ядра, состоящие из множества протонов и нейтронов, связанных вместе. Это усложняет интерпретацию этих измерений для определения структуры протона. Рассеивая нейтрино от протонов, которые являются ядрами атомов водорода в детекторе MINERvA, ученые обеспечили первые измерения этой структуры с помощью нейтрино, использующих несвязанные протоны.

Исследователи проводят несколько крупных экспериментов с нейтрионами, включая DUNE и Сэнфордский подземный исследовательский центр. Эти эксперименты помогут провести точные измерения свойств нейтрино. Это, в свою очередь, ответит на вопросы о том, как нейтрино повлияли на структуру нашей Вселенной. Эти эксперименты требуют точного понимания того, как нейтрино взаимодействуют с тяжелыми ядрами в экспериментах, такими как аргон в случае DUNE. Построение теории этих взаимодействий требует разделения эффектов рассеяния нейтрино на протонах или нейтронах и эффектов связывания в ядре. Измеряя это свойство свободных протонов, результаты MINERvA помогут построить более полные теории нейтринных взаимодействий.

Основная проблема при измерении, описанном в этом новом исследовании, заключается в том, что водород в детекторе MINERvA химически наполовину смешан с атомами углерода в пластике. В атоме углерода шесть протонов, поэтому реакция на углеродном фоне намного масштабнее. Разработав новый метод измерения направления вылетающего нейтрона в реакции, антимюонное нейтрино на протоне создает антимюон и нейтрон, исследователи могут разделить два типа реакций. Это позволяет изучать остаточные фоны, используя ту же параллельную реакцию в пучке нейтрино, где никакая реакция на атомах водорода невозможна. Это измерение структуры интерпретируется как форм-фактор аксиального вектора протона, технический термин для структуры, выявленной при рассеянии нейтрино, так что его можно использовать в качестве входных данных для предсказаний нейтринных реакций.

Эта работа финансировалась Научным отделом Министерства энергетики, Отделом физики высоких энергий, стипендиями Мессерсмита для выпускников Университета Рочестера и стипендиями Национального научного фонда для аспирантов. Ускорительный комплекс "Фермилаб", который создает пучок нейтрино NuMI, используемый для MINERvA и других экспериментов, является пользовательским объектом Министерства обороны США.

Комментарии

0 комментариев