SHINE проливает свет на нейтринные лучи

Эксперимент NA61 в ЦЕРН, также известный как SHINE, провел новые измерения, которые помогут физикам определить состав пучков нейтрино, используемых в экспериментах в США.

7 июня, 2023

|

Ана Лопес

Экспериментальный зал, где расположен NA61/SHINE (Изображение: CERN)

Считается, что во время Большого взрыва, 13,8 миллиарда лет назад, каждая частица материи возникла вместе с антиматерией, эквивалентной противоположному электрическому заряду. Но в современной Вселенной материи гораздо больше, чем антиматерии. Почему это так — один из величайших вопросов физики.

Ответ может заключаться, по крайней мере частично, в частицах, называемых нейтрино, которые лишены электрического заряда, почти не имеют массы и меняют свою идентичность – или «колеблются» – от одного из трех типов к другому, путешествуя в пространстве. Если бы нейтрино колебались иначе, чем их эквиваленты из антивещества, антинейтрино, они могли бы помочь объяснить дисбаланс материи и антивещества во Вселенной.

Эту возможность исследуют эксперименты по всему миру, такие как эксперимент NOva в США, а также эксперименты следующего поколения, включая DUNE. В этих экспериментах с нейтринными осцилляциями с длинной базой пучок нейтрино измеряется после того, как он прошел большое расстояние – длинную базовую линию. Затем эксперимент проводится с пучком антинейтрино, и результат сравнивается с результатом пучка нейтрино, чтобы увидеть, колеблются ли две частицы-близнеца одинаковым или различным образом.

Это сравнение зависит от оценки числа нейтрино в пучках нейтрино и антинейтрино до их прохождения. Эти лучи создаются путем стрельбы лучами протонов по неподвижным мишеням. Взаимодействия с мишенью создают другие адроны, которые фокусируются с помощью магнитных «рогов» и направляются в длинные туннели, в которых они превращаются в нейтрино и другие частицы. Но в этом многоэтапном процессе нелегко определить содержание частиц в полученных пучках, включая количество содержащихся в них нейтрино, которое напрямую зависит от взаимодействий протон-мишень.

Введите эксперимент NA61 в CERN, также известный как SHINE. Используя пучки протонов высокой энергии из суперпротонного синхротрона и соответствующие мишени, эксперимент может воссоздать соответствующие взаимодействия протон-мишень. NA61/SHINE ранее проводила измерения электрически заряженных адронов, которые образуются в результате взаимодействий и дают нейтрино. Эти измерения помогли улучшить оценки содержания нейтринных пучков, используемых в существующих экспериментах с длинной базой.

Коллаборация NA61/SHINE опубликовала новые измерения адронов, которые помогут улучшить эти оценки. На этот раз, используя пучок протонов с энергией 120 ГэВ и углеродную мишень, коллаборация измерила три типа электрически нейтральных адронов, которые распадаются на заряженные адроны, дающие нейтрино.

Это протон-углеродное взаимодействие с энергией 120 ГэВ используется для создания пучка нейтрино NOva и, вероятно, также будет использовано для создания пучка DUNE. Оценки количества различных нейтральных адронов, дающих нейтрино, образующихся в результате взаимодействия, основаны на компьютерном моделировании, результаты которого значительно варьируются в зависимости от основных физических деталей.

«До сих пор моделирование нейтринных экспериментов, использующих это взаимодействие, основывалось на неопределенных экстраполяциях старых измерений с разными энергиями и ядрами-мишенями. Это новое прямое измерение образования частиц из протонов с энергией 120 ГэВ на углероде уменьшает необходимость в этих экстраполяциях», объясняет заместитель представителя NA61/SHINE Эрик Циммерман.

_____

Хотите узнать больше о нейтрино? Присоединяйтесь к интерактивной прямой трансляции ЦЕРН, Фермилаб и Сэнфордского подземного исследовательского центра (SURF) 15 июня в 18:00 по центральноевропейскому летнему времени.