Τα αποτελέσματα των πειραμάτων βαθιάς υπόγειας επιβεβαιώνουν την ανωμαλία: πιθανή νέα θεμελιώδης φυσική

Αποστειρωμένα νετρίνα, Βασικές αρχές της φυσικής μεταξύ των εξηγήσεων ανώμαλων αποτελεσμάτων.

Τα νέα επιστημονικά ευρήματα επιβεβαιώνουν μια ανωμαλία που παρατηρήθηκε σε προηγούμενα πειράματα, η οποία μπορεί να υποδεικνύει ένα νέο στοιχειώδες σωματίδιο, το στείρο νετρίνο ή να υποδεικνύει την ανάγκη για μια νέα εξήγηση για μια πτυχή του Τυποποιημένη Φυσική Μοντέλων, όπως η διατομή νετρίνων, η οποία μετρήθηκε για πρώτη φορά πριν από 60 χρόνια. Το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος είναι το κορυφαίο ίδρυμα των ΗΠΑ που συνεργάζεται στο πείραμα Baksan για τους στείρους μετασχηματισμούς (BEST), τα αποτελέσματα του οποίου δημοσιεύθηκαν πρόσφατα σε περιοδικά. Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης Και το φυσική αναθεώρηση γ.

«Τα αποτελέσματα είναι πολύ συναρπαστικά», είπε ο Steve Elliott, ανώτερος αναλυτής σε μία από τις ομάδες που αξιολογούν τα δεδομένα και μέλος του τμήματος φυσικής στο Los Alamos. “Αυτό σίγουρα επιβεβαιώνει τις ανωμαλίες που είδαμε σε προηγούμενα πειράματα. Αλλά τι σημαίνει αυτό δεν είναι ξεκάθαρο. Υπάρχουν τώρα αντικρουόμενα αποτελέσματα σχετικά με στείρα νετρίνα. Εάν τα αποτελέσματα υποδεικνύουν μια παρανόηση της βασικής πυρηνικής ή ατομικής φυσικής, θα ήταν επίσης ενδιαφέρον.» Άλλα μέλη της ομάδας του Λος Άλαμος περιλαμβάνουν τον Ραλφ Μασάρχικ και τον Ενούκ Κιμ.

Βρίσκεται βαθιά υπόγεια στο Παρατηρητήριο Νετρίνων Baksan στα βουνά του Καυκάσου στη Ρωσία, ο ολοκληρωμένος στόχος δύο περιοχών γαλλίου, αριστερά, περιέχει μια εσωτερική και μια εξωτερική δεξαμενή γαλλίου, η οποία ακτινοβολείται από μια πηγή νετρίνων ηλεκτρονίων. Πίστωση: AA Shikhin

Πάνω από ένα μίλι υπόγεια στο Παρατηρητήριο Νετρίνων Baksan στα Ρωσικά Όρη του Καυκάσου 26 ραδιενεργοί δίσκοι χρωμίου 51, ένα τεχνητό ραδιενεργό ισότοπο χρωμίου και μια πηγή 3,4 megapicurie ηλεκτρονίων νετρίνων, χρησιμοποιούνται καλύτερα για την εσωτερική και εξωτερική ακτινοβολία δεξαμενής γαλλίου, μαλακό υλικό , ασήμι μέταλλο Επίσης σε προηγούμενα πειράματα, αν και παλαιότερα χρησιμοποιούνταν σε μια ενιαία δεξαμενή. Η αντίδραση μεταξύ των ηλεκτρονίων νετρίνων του χρωμίου 51 και του γαλλίου παράγει το ισότοπο γερμάνιο 71.

Ο μετρούμενος ρυθμός παραγωγής γερμανίου-71 ήταν 20-24% χαμηλότερος από το αναμενόμενο με βάση τη θεωρητική μοντελοποίηση. Αυτή η απόκλιση είναι συνεπής με ανωμαλίες που παρατηρήθηκαν σε προηγούμενα πειράματα.

Το BEST βασίζεται στο πείραμα ηλιακών νετρίνων, το Σοβιετικό-Αμερικανικό Πείραμα Γαλίου (SAGE), στο οποίο το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος συνέβαλε σημαντικά, ξεκινώντας από τα τέλη της δεκαετίας του 1980. Αυτό το πείραμα χρησιμοποίησε επίσης πηγές γαλλίου και νετρίνων υψηλής πυκνότητας. Τα αποτελέσματα από αυτό το πείραμα και άλλα έδειξαν ένα έλλειμμα στα νετρίνα ηλεκτρονίων – μια απόκλιση μεταξύ των αναμενόμενων και των πραγματικών αποτελεσμάτων που έγινε γνωστή ως “ανωμαλία του γαλλίου”. Η εξήγηση για το έλλειμμα θα μπορούσε να είναι απόδειξη ταλαντώσεων μεταξύ των νετρίνων ηλεκτρονίων και των στείρων καταστάσεων νετρίνων.

Μια συστοιχία 26 ραδιενεργών δίσκων χρωμίου-51 είναι η πηγή των ηλεκτρονίων νετρίνων που αλληλεπιδρούν με το γάλλιο και παράγουν γερμάνιο-71 με ρυθμούς που μπορούν να μετρηθούν έναντι των αναμενόμενων ρυθμών. Πίστωση: AA Shikhin

Η ίδια ανωμαλία επαναλήφθηκε στο καλύτερο πείραμα. Πιθανές εξηγήσεις περιλαμβάνουν και πάλι την ταλάντωση σε ένα στείρο νετρίνο. Ένα υποθετικό σωματίδιο μπορεί να αποτελεί σημαντικό μέρος της σκοτεινής ύλης, μια πιθανή μορφή ύλης που πιστεύεται ότι αποτελεί τη συντριπτική πλειοψηφία του φυσικού σύμπαντος. Αυτή η ερμηνεία μπορεί να χρειάζεται περαιτέρω δοκιμή, επειδή η μέτρηση για κάθε δεξαμενή ήταν σχεδόν η ίδια, αν και μικρότερη από την αναμενόμενη.

Άλλες εξηγήσεις για την ανωμαλία περιλαμβάνουν την πιθανότητα να υπάρχει παρεξήγηση στη θεωρητική εισαγωγή στο πείραμα – ότι η ίδια η φυσική απαιτεί αναδιατύπωση. Ο Elliott επισημαίνει ότι η διατομή του νετρίνου του ηλεκτρονίου δεν έχει μετρηθεί προηγουμένως σε αυτές τις ενέργειες. Για παράδειγμα, η θεωρητική καταχώρηση για τη μέτρηση της διατομής, η οποία είναι δύσκολο να επιβεβαιωθεί, είναι η πυκνότητα ηλεκτρονίων στον ατομικό πυρήνα.

Η μεθοδολογία του πειράματος αναθεωρήθηκε προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι δεν συνέβησαν σφάλματα σε πτυχές της έρευνας, όπως η τοποθέτηση πηγής ακτινοβολίας ή οι λειτουργίες του συστήματος μέτρησης. Οι μελλοντικές επαναλήψεις του πειράματος, εάν πραγματοποιηθούν, μπορεί να περιλαμβάνουν διαφορετική πηγή ακτινοβολίας με υψηλότερη ενέργεια, μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής και ευαισθησία σε μικρότερα μήκη κύματος ταλάντωσης.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

«Αποτελέσματα του πειράματος Baksan για τους στείρους μετασχηματισμούς (καλύτερα)» από V.V. Barinov et al., 9 Ιουνίου 2022, Διαθέσιμο εδώ. Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης.
DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.232501

«Αναζήτηση για μεταβάσεις ηλεκτρονίων-νετρίνου σε στείρες καταστάσεις στο καλύτερο πείραμα» Από V. V. Barinov et al., 9 Ιουνίου 2022, Διαθέσιμο εδώ. φυσική αναθεώρηση γ.
DOI: 10.1103/ PhysRevC.105.065502

Χρηματοδότηση: Τμήμα Ενέργειας, Γραφείο Επιστημών, Γραφείο Πυρηνικής Φυσικής.