Výsledky hlubinných podzemních experimentů potvrzují anomálii: možná nová základní fyzika

Sterilní neutrina, Základy fyziky mezi vysvětleními anomálních výsledků.

Nové vědecké poznatky potvrzují anomálii viděnou v předchozích experimentech, která může poukazovat na novou, dosud potvrzenou elementární částici, sterilní neutrino, nebo poukazovat na potřebu nového vysvětlení aspektu Standardní modelová fyzika, jako je průřez neutrin, který byl poprvé změřen před 60 lety. Los Alamos National Laboratory je vedoucí americkou institucí spolupracující na Baksanově experimentu o sterilních transformacích (BEST), jehož výsledky byly nedávno publikovány v časopisech. Fyzické kontrolní dopisy A fyzický přehled c.

„Výsledky jsou velmi vzrušující,“ řekl Steve Elliott, hlavní analytik jednoho z týmů vyhodnocujících data a člen fyzikálního oddělení v Los Alamos. „To jistě znovu potvrzuje anomálie, které jsme viděli v předchozích experimentech. Ale co to znamená, není jasné. Nyní existují protichůdné výsledky ohledně sterilní neutrina. Pokud výsledky naznačují nepochopení základní jaderné nebo atomové fyziky, bylo by to také zajímavé.“ Mezi další členy týmu Los Alamos patří Ralph Masarczyk a Enuk Kim.

Dokončený cíl dvou galliových oblastí, který se nachází hluboko pod zemí na observatoři Baksan Neutrino Observatory v Kavkaze v Rusku, vlevo obsahuje vnitřní a vnější zásobník galia, které je ozařováno zdrojem elektronových neutrin. Kredit: AA Shikhin

Více než míli pod zemí na observatoři Baksan Neutrino v ruských kavkazských horách 26 radioaktivních disků chrómu 51, umělého radioaktivního izotopu chrómu a 3,4 megapikurického zdroje elektronových neutrin, se nejlépe používá pro záření vnitřní a vnější nádrže gallia, měkký materiál , stříbrný kov Také v předchozích experimentech, i když dříve byl použit v jediném tanku. Reakcí mezi elektronovými neutriny chromu 51 a galliem vzniká izotop germanium 71.

Naměřená rychlost produkce germania-71 byla o 20-24 % nižší, než se očekávalo na základě teoretického modelování. Tento rozpor je v souladu s anomáliemi pozorovanými v předchozích experimentech.

BEST je založen na experimentu se solárním neutrinem, sovětsko-americkém experimentu s galliem (SAGE), k němuž se od konce 80. let významně podílela Národní laboratoř Los Alamos. Tento experiment také používal zdroje galia a neutrin s vysokou hustotou. Výsledky z tohoto experimentu a dalších ukázaly deficit elektronových neutrin – rozpor mezi očekávanými a skutečnými výsledky, který se stal známým jako „galliová anomálie“. Vysvětlením deficitu by mohl být důkaz oscilací mezi elektronovými neutriny a sterilními neutriny.

Pole 26 disků radioaktivního chromu-51 je zdrojem elektronových neutrin, která interagují s galliem a produkují germanium-71 rychlostí, kterou lze měřit proti očekávaným rychlostem. Kredit: AA Shikhin

Stejná anomálie se opakovala v nejlepším experimentu. Mezi možná vysvětlení patří opět oscilace ve sterilním neutrinu. Hypotetická částice může tvořit významnou část temné hmoty, možné formy hmoty, o níž se předpokládá, že tvoří velkou většinu fyzického vesmíru. Tato interpretace může vyžadovat další testování, protože měření pro každou nádrž bylo téměř stejné, i když méně, než se očekávalo.

Mezi další vysvětlení anomálie patří možnost, že v teoretickém vstupu do experimentu došlo k nedorozumění – že fyzika sama vyžaduje přeformulování. Elliott poukazuje na to, že průřez elektronového neutrina nebyl dříve při těchto energiích měřen. Například teoretickým vstupem pro měření průřezu, který je obtížné potvrdit, je elektronová hustota v atomovém jádře.

Metodika experimentu byla pečlivě přezkoumána, aby bylo zajištěno, že nedojde k chybám v aspektech výzkumu, jako je umístění zdroje záření nebo operace počítacího systému. Budoucí iterace experimentu, pokud budou provedeny, mohou zahrnovat jiný zdroj záření s vyšší energií, delším poločasem rozpadu a citlivostí na kratší vlnové délky oscilace.

Reference:

„Výsledky Baksanova experimentu na sterilních transformacích (lepší)“ V. V. Barinov a kol., 9. června 2022, k dispozici zde. Fyzické kontrolní dopisy.
DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.232501

„Hledání přechodů elektron-neutrino do sterilních stavů v nejlepším experimentu“ V. V. Barinov a kol., 9. června 2022, k dispozici zde. fyzický přehled c.
DOI: 10.1103/ PhysRevC.105.065502

Financování: Ministerstvo energetiky, Vědecký úřad, Ústav jaderné fyziky.