Bir son Fiziksel İnceleme Mektupları Yayın, önceki miniboon deneyinin tespit ettiği nötrino benzeri olayların anormal fazlasını araştıran mikro-dedektör verilerinin kapsamlı bir analizini sunar.
1990’da LSND (sıvı sintilatör nötrino detektörü) deneyi, steril nötrinoların potansiyel varlığını gösteren anormal bir sinyal gözlemledi – dördüncü nötrino türü yerleşik üç lezzetin (elektron, muon ve tau nötrinolar).
Miniboone, aynı nötrino ışın metodolojisini kullanarak bu anomaliyi incelemek için inşa edildi. Bununla birlikte, gizemi çözmek yerine, Miniboone kendi başına bir anomaliyi keşfetti.
Manchester Üniversitesi araştırma görevlisi ve çalışmanın ortak yazarı Chris Thorpe, “Miniboone dedektörlerinde elektron nötrinoları gibi görünen çok fazla (elektromanyetik) olay gözlemledi.” Miniboone fazlalığının olası bir nedeni, yeni bir tür nötrino türüdür, ancak anomalinin arkasında olası arka plan veya çürüyen karanlık madde parçacıkları gibi diğer açıklamalar da olabilir. “
Anomalinin doğasını anlamak, miniboon fazlalığını araştırmak için özel olarak tasarlanmış yeni nesil dedektör olan Microboone’un odağı haline geldi. Bu yeni analiz, MicroBoone’un tam beş yıllık veri kümesini kullanan ilk kapsamlı testi temsil ediyor.
Deneyi geliştirmek
Miniboone deneyi, Cherenkov ışık emisyonları yoluyla elektromanyetik aktiviteyi tanımlayan mineral yağla doldurulmuş bir detektör, ışıktan daha hızlı hareket ederken parçacıklar tarafından üretilen karakteristik mavi ışık, yağdan geçebilir.
Bununla birlikte, teknolojinin kritik bir sınırlaması vardı: bireysel parçacıkları tam olarak izleyememesi veya elektromanyetik sinyal için kaynak parçacığını belirleyememesi.
Manchester Üniversitesi ve Ortak Yazıcı Alexandra Trettin, “Nötrino’nun etkileşimi ile yayılan bir elektronu ilk fotondan ikincil emisyon olarak üretilen birinden doğrudan ayırt edemediler.” Diye açıkladı.
Bu belirsizlik, nötrino salınımları, iyi belgelenmiş olsa da, gözlemlenen fazlalığı hesaba katmak için yavaş yavaş ilerler, bu da anomalinin yeni fizikten ziyade yanlış sınıflandırılmış arka plan parçacıklarından kaynaklanabileceğini gösterir.
MicroBoone, yüklü partikül yolu rekonstrüksiyonu ve kesin partikül türlerinin belirlenmesi için milimetre ölçekli uzamsal çözünürlük elde eden sıvı argon zaman projeksiyon odası teknolojisini kullanarak bu belirsizliği ele almak için özel olarak tasarlanmıştır.
Mikrodon deneyi
Microboone, nötrino kaynağından 470 metre uzaklıktaki miniboone ile Fermilab’da aynı güçlendirici nötrino ışınında çalışır. Yaklaşım, önemli ölçüde iyileştirilmiş tespit yöntemleri kullanarak aynı anormal nötrino ışınının araştırılmasını sağlar.
Deneyin kalbinde, atom altı parçacıklar için sofistike bir 3D kamera gibi işlev gören bir teknoloji olan Sıvı Argon Zaman Yansıtma Odası (LARTPC) bulunur. Nötrino-argon çekirdek etkileşimleri tarafından üretilen yüklü parçacıklar, ortamdan geçişleri sırasında sıvı argonunu iyonize eder. Elektrik alanları, bu iyonizasyon elektronlarını, kesin konumlarını kaydeden kablo düzlemlerine sürükler ve her parçacığın yolunu, enerjisini ve kimliğini ortaya çıkaran ayrıntılı parçalar oluşturur.
Bu son analiz, Microboone’un tam beş yıllık operasyonel veri kümesinin ilk kullanımını işaret ediyor ve 1.11 × 10’a karşılık geliyor21 Önceki çalışmalara göre% 70’lik bir artış olan hedefte protonlar.
Araştırmacılar iki tamamlayıcı olay kategorisine odaklandılar: görünür protonların mevcut olup olmadığına göre daha da alt bölümlere ayrılan bir piyonu olmayan bir elektron üreten etkileşimler.
Kaliforniya, Santa Barbara ve çalışmanın ortak yazarı doktora sonrası bilgin, “Protonların varlığına göre veri örneklerini ayırdık ve miniboone detektörünün gözlemlediği tüm olası sinyal topolojilerini dahil etmek için ayrı örnekler ve birleşik numune üzerinde analiz yaptık.”
Ayrılık kritikti çünkü protonlar Cherenkov emisyonlarını üretmek için çok yavaş olduğu için miniboone için görünmez olsa da, Microboone bunları tam olarak tanımlayabilir.
Anomaliyi test etmek
Miniboon fazlalığının elektron nötrinoları ile açıklanıp açıklanamayacağını doğrudan test etmek için, araştırmacılar, gözlemlenen anomaliyi mikrobolonun görmesi gerektiğine dair tahminlere dönüştüren iki ampirik model geliştirdiler.
Önceki analizlerde kullanılan ilk model, elektron nötrino akısında enerji bağımlı bir artıştan kaynaklanan fazlalığın olduğunu varsaymıştır. Bu yaklaşım nötrino enerjisinin bir fonksiyonu olarak miniboone verilerini ortaya çıkardı.
Ancak, bu ilk modelin önemli bir dezavantajı vardı. Model, miniboonun gerçekten gözlemlediği elektromanyetik duşların, özellikle enerjileri ve yönlü özelliklerini doğru bir şekilde yeniden üretemedi.
Ekip, ölçülen gerçek gözlemlenebilir miniboona odaklanan ikinci, daha sofistike bir model geliştirdi: elektromanyetik duşların enerjisi ve açısı.
Sonuçlar açıktı.
Her iki sinyal modeliyle karşılaştırıldığında, mikro kutu verileri miniboon anomalisinin elektron nötrino yorumunu destekleyen hiçbir kanıt göstermedi.
Thorpe, “Miniboone sinyali dahil ve dahil etmeden tahminler yaptık ve bunları verilerimizle karşılaştırdık.” Dedi. “Verilerimiz, miniboone sinyalini içermeyen tahmini destekliyor ve analizimiz, bunun istatistiksel bir fluke olma şansının% 1’den daha az olduğunu gösteriyor.”
Hariç tutma, çoklu kinematik değişkenlerde% 99’dan fazla güven seviyesinde dışlanan ikinci sinyal modeli için özellikle güçlüydü. İstatistiksel anlamlılık, ilk model için 2.9σ ve ikinci model için 3.8σ’ya kadar ulaşmıştır – eşiğin üzerindeki, partikül fiziğinde tipik olarak anlamlı olarak kabul edilmiştir.
Cevaplanmamış sorular
Bu kapsamlı analiz, miniboon anomalisi için ana açıklamayı kesin olarak dışlasa da, fazlalığın kendisi açıklanamıyor ve diğer nedenlerin potansiyelini koruyor.
Trettin, “Anormalliğin kendisi bir açıklamaya ihtiyaç duyan istatistiksel olarak oldukça önemli bir gözlem olmaya devam ediyor ve diğer birçok hipotez hala masada.” Dedi.
Birkaç alternatif açıklama araştırılmaktadır. Miniboone’un foton ve elektron sinyallerini ayıramaması göz önüne alındığında, fazlalık elektronlardan ziyade foton üretiminden kaynaklanabilir.
Standart modelin ötesinde Egzotik Fizik, anormal etkileşimlere sahip steril nötrinolar veya varsayımsal karanlık sektörlerden gelen parçacıklar da dahil olmak üzere başka açıklamalar sunar.
GAO, “Mevcut parçacık fiziği bilgisinin ötesinde diğer bazı fizik süreçleri de potansiyel olarak bu fazlalığa neden olabilir. Bu farklı açıklamaların tümü Microboone ve yeni Fermilab kısa taban çizgisi programı tarafından aktif olarak araştırılıyor.”
İleriye baktığımızda, nötrino kaynağına çok daha yakın konumlandırılmış dedektör (SBND) yakın kısa taban çizgisi, sistematik belirsizlikleri daha da kısıtlamak ve kalan hipotezleri daha da fazla hassasiyetle test etmek için önemli ölçüde daha fazla veri sağlayacaktır.
Stephanie Baum tarafından düzenlenen yazarımız Tejasri Gururaj tarafından sizin için yazılmış ve Robert Egan tarafından gerçekleştirilmiş ve incelenmiştir-bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
