Резултати дубоких подземних експеримената потврђују аномалију: могућу нову фундаменталну физику

Стерилни неутрини, Основи физике међу објашњењима аномалних резултата.

Нова научна открића потврђују аномалију виђену у претходним експериментима, која може указивати на нову, још увек потврђену елементарну честицу, стерилни неутрино, или указати на потребу за новим објашњењем за аспект Физика стандардног модела, као што је пресек неутрина, који је први пут измерен пре 60 година. Национална лабораторија Лос Аламоса је водећа америчка институција која сарађује на Баксанском експерименту о стерилним трансформацијама (БЕСТ), чији су резултати недавно објављени у часописима. Пхисицал Ревиев Леттерс И тхе физички преглед ц.

„Резултати су веома узбудљиви“, рекао је Стив Елиот, виши аналитичар у једном од тимова који процењују податке и члан одељења за физику у Лос Аламосу. „Ово свакако поново потврђује аномалије које смо видели у претходним експериментима. Али шта то значи није јасно. Сада постоје супротстављени резултати о стерилни неутрини. Ако резултати укажу на неразумевање основне нуклеарне или атомске физике, то би такође било интересантно.“ Остали чланови тима из Лос Аламоса су Ралф Масарчик и Енук Ким.

Смештен дубоко под земљом у Баксанској опсерваторији за неутрино на Кавкаским планинама у Русији, завршена мета два галијумска региона, лево, садржи унутрашњи и спољашњи резервоар галијума, који је озрачен електронским неутринским извором. Кредит: АА Схикхин

Више од једне миље под земљом у опсерваторији Баксан Неутрино у планинама Руског Кавказа 26 радиоактивних дискова хрома 51, вештачког радиоактивног изотопа хрома и извора електронских неутрина од 3,4 мегапикурија, најбоље се користе за зрачење унутрашњег и спољашњег материјала резервоара галијума, , сребрни метал Такође у претходним експериментима, иако је раније коришћен у једном резервоару. Реакција између електронских неутрина хрома 51 и галијума производи изотоп германијума 71.

Измерена стопа производње германијума-71 била је 20-24% нижа од очекиване на основу теоријског моделирања. Ово неслагање је у складу са аномалијама виђеним у претходним експериментима.

БЕСТ је заснован на експерименту соларног неутрина, Совјетско-америчком експерименту са галијумом (САГЕ), коме је Национална лабораторија Лос Аламоса дала велики допринос, почевши од касних 1980-их. Тај експеримент је такође користио изворе галијума и неутрина високе густине. Резултати тог и других експеримента указали су на дефицит електронских неутрина – неслагање између очекиваних и стварних резултата које је постало познато као „аномалија галијума“. Објашњење дефицита може бити доказ осцилација између електронских неутрина и стерилних неутрина.

Низ од 26 дискова радиоактивног хрома-51 је извор електронских неутрина који ступају у интеракцију са галијумом и производе германијум-71 брзином која се може мерити у односу на очекиване брзине. Кредит: АА Схикхин

Иста аномалија је поновљена у најбољем експерименту. Могућа објашњења поново укључују осциловање у стерилном неутрину. Хипотетичка честица може чинити значајан део тамне материје, могућег облика материје за који се верује да чини огромну већину физичког универзума. Ово тумачење ће можда требати додатно тестирање, јер је мерење за сваки резервоар било скоро исто, иако мање од очекиваног.

Друга објашњења аномалије укључују могућност да постоји неспоразум у теоријском инпуту експеримента – да сама физика захтева преформулисање. Елиот истиче да попречни пресек електронског неутрина раније није мерен на овим енергијама. На пример, теоријски унос за мерење попречног пресека, који је тешко потврдити, је електронска густина у атомском језгру.

Методологија експеримента је пажљиво прегледана како би се осигурало да се грешке не појаве у аспектима истраживања, као што су постављање извора зрачења или операције система за бројање. Будуће итерације експеримента, ако се изводе, могу укључивати другачији извор зрачења са већом енергијом, дужим полуживотом и осетљивошћу на краће таласне дужине осциловања.

Референце:

„Резултати Баксанског експеримента о стерилним трансформацијама (боље)“ В.В. Баринов ет ал., 9. јуна 2022., доступно овде. Пхисицал Ревиев Леттерс.
ДОИ: 10.1103/ ПхисРевЛетт.128.232501

„Тражење прелаза електрон-неутрино у стерилна стања у најбољем експерименту“ Аутор В. В. Баринов и сар., 9. јун 2022, доступно овде. физички преглед ц.
ДОИ: 10.1103/ ПхисРевЦ.105.065502

Финансирање: Одељење за енергетику, Канцеларија за науку, Канцеларија за нуклеарну физику.