MicroBooNE nie znalazł neutrina sterylnego. Naukowcy wciąż nie wykluczają jego istnienia
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Anomalie w pomiarach neutrino doprowadziły w przeszłości do odkrycia, że cząstki te mają niezerową masę i oscylują pomiędzy trzema zapachami: mionowym, taonowym i elektronowym. W ubiegłym dziesięcioleciu zaobserwowano kolejne anomalie, na podstawie których wysunięto hipotezę o istnieniu neutrino sterylnego, czyli takiego, które nie oddziałuje za pomocą oddziaływań słabych, a jedynie za pośrednictwem grawitacji. Teraz, po wielu latach badań, opublikowano ostateczne wyniki eksperymentu STEREO dotyczącego antyneutrin. Autorzy badań wykluczyli możliwość istnienia neutrino sterylnego.
Istnienie cząstki elementarnej o nazwie neutrino zaproponował Wolfgang Pauli w 1930 roku. Była ona potrzebna do wyjaśnienia, jak podczas rozpadu beta dochodzi do zachowania energii, pędu i momentu pędu. Neutrino to elektrycznie obojętny fermion, którego masa spoczynkowa jest tak mała, że przez długi czas sądzono, iż wynosi ona 0. Oddziałuje ono z innymi cząstkami za pomocą grawitacji i oddziaływań słabych. Cząstka została odkryta w 1956 roku.
Obecnie znamy trzy rodzaje neutrino i wiemy, że cząstka podlega oscylacjom, zmieniają się ciągle pomiędzy tymi trzema rodzajami, zwanymi zapachami. Tę właściwość neutrin odkryto przed zaledwie dwiema dekadami. W 2011 roku coraz doskonalszy sprzęt pomiarowy wskazał na istnienie niezgodności pomiędzy obserwowanymi a przewidywanymi antyneutrinami wydostającymi się z reaktorów jądrowych. Ta niezgodność pomiarów z obliczeniami doprowadziła do pojawienia się hipotezy o istnieniu jeszcze jednego zapachu neutrino. Neutrino sterylne, które ma nie oddziaływać za pomocą oddziaływań słabych, mogło też wyjaśniać inne zjawiska fizyczne, których nie rozumiemy, takie jak ciemną materię.
Przed sześciu laty w wysokostrumieniowym reaktorze badawczym w Instytucie Lauego-Langevina w Grenoble rozpoczęto program STEREO, którego celem było znalezienie neutrino sterylnego. Teraz niemiecko-francuski zespół badawczy ogłosił, że o ile anomalie w emisji neutrino przez reaktory występują, to ich przyczyną nie jest neutrino sterylne.
W latach 2017–2020 zaobserwowaliśmy ponad 100 000 neutrin, ale nie znaleźliśmy wśród nich żadnego śladu neutrino sterylnego, stwierdzają autorzy badań. Warto w tym miejscu przypomnieć, że w Fermilab powstaje właśnie ostatni z wielkich detektorów, które mają znaleźć neutrino sterylne i fizykę poza Modelem Standardowym.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Badający neutrina fizycy z projektu MicroBooNE ogłosili, że udało im się ustalić przekrój czynny neutrino rozpraszanego na argonie. To niezwykle ważne wydarzenie, gdyż pozwoli na osiągnięcie zakładanych celów naukowych budowanemu właśnie olbrzymiemu wykrywaczowi neutrin DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment).
Neutrina to niewielkie cząstki subatomowe, które z jednej strony wstępują niezwykle powszechnie, z drugiej zaś – bardzo trudno jest je zarejestrować. Poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, w każdej sekundzie miliardy tych cząstek bombardują Ziemię i nasze organizmy. Te cząstki są tak małe, że neutrino mogłoby przelecieć przez ołowianą ścianę grubości roku świetlnego, nie zderzając się przy tym z żadnym atomem. Ich zarejestrowanie jest więc niezwykle trudne, a ich zrozumienie może ujawnić nam wiele sekretów wszechświata.
W ramach eksperymentu MicroBooNE prowadzonego w słynnym Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) dane na temat neutrin gromadzone są od 2015 roku. Informacje te przydadzą się m.in. do skonstruowania eksperymentu DUNE. MicroBooNE i DUNE wykorzystują ciekłoargonowe komory projekcji czasowej (low-noise liquid-argon time projection chamber, LArTPC). To niezwykle skomplikowany wykrywacz, który rejestruje neutrina przelatujących przez zbiornik z ciekłym argonem o temperaturze -186 stopni Celsjusza. Neutrino jest rejestrowane, gdy wejdzie w interakcję z atomem argonu. MicroBooNE służy jako urządzenie testowe dla znacznie większego DUNE.
DUNE będzie składał się z dwóch wykrywaczy neutrin. Jeden z nich będzie rejestrował interakcje neutrin w pobliżu źródła ich generowania. Źródłem tym będzie Main Injector w Fermilab. Niedaleko źródła znajdzie się pierwszy, mniejszy wykrywacz. Kolejny zaś jest budowany 1300 kilometrów dalej, w nieczynnej kopalni złota w miejscowości Lead w Dakocie Południowej. Powstaje tam gigantyczny zbiornik zawierający 40 000 ton ciekłego argonu. Urządzenia będą rejestrowały interakcje neutrin z atomami argonu. Jednak, aby naukowcy mogli wyciągnąć z uzyskanych danych odpowiednie wnioski, muszą jak najwięcej o tych interakcjach się dowiedzieć. Dlatego właśnie tak ważne są prace MicroBooNE.
Najpowszechniej wykorzystywanymi tarczami w eksperymentach z neutrinami są żelazo, tlen (wchodzący w skład wody), węgiel (jako olej mineralny) i argon. Jako że komory LArTPC mają wiele zalet, naukowcy chcą jak najlepiej poznać interakcje argonu i neutrino.
Przekrój czynny neutrino rozpraszanego na argonie pokazuje, jak argon reaguje na neutrino, z czym mamy do czynienia w MicroBooNE i DUNE. Naszym ostatecznym celem jest badanie neutrin, ale do tego potrzebujemy lepszego zrozumienia, w jaki sposób neutrina oddziałują z materiałem w wykrywaczach, takim jak np. atomy argonu, mówi Xin Qian z Brookhaven National Laboratory.
Jednym z najważniejszych zadań stojących przed DUNE będzie badanie oscylacji neutrin pomiędzy neturino mionowym, elektronowym i taonowym. Naukowcy wiedzą, że oscylacje te zależą m.in. od energii neutrin. Ale określenie tej energii jest bardzo trudne. Zarówno dlatego, że same interakcje w jakie wchodzą neutrina są złożone, ale i w każdym strumieniu neutrin cząstki mają różną energię. Dopiero dokładne określenie przekroju czynnego w zależności od energii pozwoli na zdobycie najważniejszych informacji na temat oscylacji neutrin. Gdy poznamy przekrój czynny, będziemy mogli odwrócić obliczenia i – na podstawie olbrzymiej liczby interakcji – określić przeciętną energię, zapach i właściwości oscylacji neutrin, dodaje Wenquiang Gu, który stał na czele zespołu analityków z Brookhaven Lab.
Ze szczegółami badań oraz uzyskanymi wynikami można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
Fermilab buduje ostatni z wielkich detektorów, które mają znaleźć neutrino sterylne i fizykę poza MSprzez KopalniaWiedzy.pl
W Fermi National Accelerator Laboratory (Fermi Lab), jednej z najbardziej zasłużonych instytucji dla rozwoju fizyki cząstek, trwa właśnie budowa ostatniego z wielkich detektorów, który ma badać neutrino i szukać dowodów na istnienie fizyki poza Modelem Standardowym. Zespół detektorów powstaje w ramach Short-Baselina Neutrino Program.
Projekt składa się ze źródła neutrin i trzech detektorów ustawionych w linii prostej. Short-Baseline Near Detector (SBND), którego budowa właśnie się rozpoczęła, znajdzie się 110 metrów za obszarem, w którym strumień protonów będzie uderzał w cel, generując strumień neutrin mionowych. W odległości 360 metrów za SBND znajduje się MicroBooNE. Urządzenie to rozpoczęło pracę już w 2015 roku. Za MicroBooNE, w odległości 130 metrów, stoi zaś ICARUS, który rozpocznie pracę jeszcze tej jesieni.
Podróżujące przez przestrzeń neutrino podlega oscylacjom, zmienia się pomiędzy trzema różnymi rodzajami: neutrinem mionowym, taonowym i elektronowym. I właśnie te oscylacje mają badać SBND, MicroBooNE i ICARUS. Jeśli okazałoby się, że istnieje czwarty rodzaj neutrin lub też badane neutrina zachowywałyby się w inny sposób, niż obecnie się przewiduje, detektory powinny to wykryć i być może fizyka wyjdzie poza Model Standardowy.
Czujniki detektora SBND będą zawieszone w zbiorniku z płynnym argonem. Gdy neutrino trafi do zbiornika i zderzy się z atomem argonu, powstaną liczne cząstki oraz światło. Zostaną one zarejestrowane przez czujniki, a analizy sygnałów pozwolą fizykom na precyzyjne odtworzenie trajektorii wszystkich cząstek powstałych w wyniku kolizji. Zobaczymy obraz, który pokaże nam olbrzymią liczbę szczegółów w bardzo małej kali. W porównaniu z wcześniejszymi eksperymentami otworzy nam się naprawdę nowe spektrum możliwości, mówi Anne Schukraft, koordynatorka techniczna projektu.
Wewnątrz SBND znajdą się trzy wielkie elektrody. Dwie anody i katoda. Każda z nich będzie mierzyła 5x4 metry. Natężenie pola elektrycznego pomiędzy katodą a każdą z anod wyniesie 500 V/cm. Anody zostaną umieszczone na przeciwnych ścianach pomieszczenia w kształcie sześcianu. Będą one przechwytywały elektrony, a znajdujące się za nimi czujniki będą rejestrowały fotony. W środku detektora umieszczona zostanie folia spełniająca rolę katody. Zamontowano ją pod koniec lipca, a w najbliższych dniach ma zostać ukończony montaż pierwszej anody.
Całość, gdy zostanie ukończona, będzie ważył ponad 100 ton i zostanie wypełniona argonem o temperaturze -190 stopni Celsjusza. Komora będzie znajdowała się w stalowym kriostacie o izolowanych ścianach, którego zadaniem będzie utrzymanie niskiej temperatury wewnątrz. Skomplikowany system rur będzie ciągle filtrował argon, by utrzymać go w czystości.
SBND to przedsięwzięcie międzynarodowe. Poszczególne elementy systemy powstają w wielu krajach, przede wszystkim w USA, Wielkiej Brytanii, Brazylii i Szwajcarii. Schukraft przewiduje, że nowy detektor ruszy na początku 2023 roku.
Gdy prace nad SBND się zakończą, detektor będzie pracował razem z MicroBooNE i ICARUSEM. Naukowcy chcą przede wszystkim poszukać dowodów na istnienie neutrina sterylnego, cząstki, która nie wchodzi w interakcje z oddziaływaniami słabymi. Już wcześniej, podczas eksperymentów prowadzonych w Liquid Scintillator Neutrino Detector w Los Alamos National Lab i MiniBooNE w Fermilab odkryto sygnały, które mogą wskazywać na istnienie takiej cząstki.
Pomysł polega na tym, by umieścić detektor naprawdę blisko źródła neutrin, w nadziei, że uda się złapać ten typ neutrina. Następnie jest kolejny detektor, a dalej jeszcze jeden. Mamy nadzieję, że zobaczymy oscylacje sterylnego neutrina, wyjaśnia Rober Acciarri, współdyrektor prac nad budową detektorów.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.