Ergebnisse tief unterirdischer Experimente bestätigen Anomalie: mögliche neue fundamentale Physik

Sterile Neutrinos, Grundlagen der Physik unter Erklärungen anomaler Ergebnisse.

Die neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse bestätigen eine in früheren Experimenten beobachtete Anomalie, die auf ein neues, bisher bestätigtes Elementarteilchen, das sterile Neutrino, oder auf die Notwendigkeit einer neuen Erklärung für einen Aspekt von hinweisen könnte Physik des Standardmodells, wie der Neutrino-Querschnitt, der erstmals vor 60 Jahren gemessen wurde. Das Los Alamos National Laboratory ist die führende US-Institution, die am Baksan Experiment on Sterile Transformations (BEST) mitarbeitet, dessen Ergebnisse kürzlich in Fachzeitschriften veröffentlicht wurden. Briefe zur körperlichen Überprüfung Und die körperliche Untersuchung c.

„Die Ergebnisse sind sehr aufregend“, sagte Steve Elliott, Senior Analyst in einem der Teams, das die Daten auswertet, und Mitglied der Physikabteilung in Los Alamos. „Dies bestätigt sicherlich die Anomalien, die wir in früheren Experimenten gesehen haben. Aber was das bedeutet, ist nicht klar. Es gibt jetzt widersprüchliche Ergebnisse darüber sterile Neutrinos. Wenn die Ergebnisse auf ein Missverständnis der grundlegenden Nuklear- oder Atomphysik hindeuten, wäre das ebenfalls interessant.“ Weitere Mitglieder des Teams von Los Alamos sind Ralph Masarczyk und Enuk Kim.

Tief unter der Erde am Baksan-Neutrino-Observatorium im Kaukasus in Russland gelegen, enthält das fertiggestellte Target aus zwei Galliumregionen (links) ein inneres und ein äußeres Galliumreservoir, das von einer Elektronen-Neutrino-Quelle bestrahlt wird. Kredit: AA Shikhin

Mehr als eine Meile unter der Erde am Baksan Neutrino-Observatorium im russischen Kaukasusgebirge 26 radioaktive Scheiben aus Chrom 51, ein künstliches radioaktives Isotop von Chrom und eine 3,4-Megapicurie-Quelle von Elektronen-Neutrinos, werden am besten für Gallium-Innen- und Außentankstrahlung verwendet, weiches Material , Silbermetall Auch in früheren Experimenten, obwohl es zuvor in einem einzigen Tank verwendet wurde. Die Reaktion zwischen den Elektron-Neutrinos von Chrom 51 und Gallium erzeugt das Isotop Germanium 71.

Die gemessene Produktionsrate von Germanium-71 war 20-24 % niedriger als auf der Grundlage der theoretischen Modellierung erwartet. Diese Diskrepanz stimmt mit Anomalien überein, die in früheren Experimenten beobachtet wurden.

BEST basiert auf dem solaren Neutrino-Experiment, dem sowjetisch-amerikanischen Gallium-Experiment (SAGE), zu dem das Los Alamos National Laboratory ab Ende der 1980er Jahre maßgeblich beigetragen hat. Bei diesem Experiment wurden auch hochdichte Gallium- und Neutrinoquellen verwendet. Die Ergebnisse dieses und anderer Experimente deuteten auf ein Defizit an Elektron-Neutrinos hin – eine Diskrepanz zwischen erwarteten und tatsächlichen Ergebnissen, die als „Gallium-Anomalie“ bekannt wurde. Die Erklärung für das Defizit könnten Hinweise auf Oszillationen zwischen Elektron-Neutrinos und sterilen Neutrino-Zuständen sein.

Eine Anordnung von 26 radioaktiven Chrom-51-Scheiben ist die Quelle der Elektron-Neutrinos, die mit Gallium interagieren und Germanium-71 mit Raten produzieren, die mit den erwarteten Raten gemessen werden können. Kredit: AA Shikhin

Dieselbe Anomalie wiederholte sich im besten Experiment. Mögliche Erklärungen sind wiederum die Oszillation in einem sterilen Neutrino. Ein hypothetisches Teilchen kann einen erheblichen Teil der Dunklen Materie ausmachen, einer möglichen Form von Materie, von der angenommen wird, dass sie den Großteil des physikalischen Universums ausmacht. Diese Interpretation muss möglicherweise weiter getestet werden, da die Messung für jeden Tank nahezu gleich war, wenn auch weniger als erwartet.

Andere Erklärungen für die Anomalie beinhalten die Möglichkeit, dass es ein Missverständnis in der theoretischen Eingabe für das Experiment gibt – dass die Physik selbst eine Neuformulierung erfordert. Elliott weist darauf hin, dass der Wirkungsquerschnitt des Elektron-Neutrinos bisher noch nicht bei diesen Energien gemessen wurde. Beispielsweise ist die schwer zu bestätigende theoretische Eingabe für die Wirkungsquerschnittsmessung die Elektronendichte im Atomkern.

Die Methodik des Experiments wurde sorgfältig überprüft, um sicherzustellen, dass bei Aspekten der Forschung, wie der Platzierung der Strahlungsquelle oder dem Betrieb des Zählsystems, keine Fehler auftraten. Zukünftige Iterationen des Experiments, falls durchgeführt, können eine andere Strahlungsquelle mit höherer Energie, längerer Halbwertszeit und Empfindlichkeit gegenüber kürzeren Oszillationswellenlängen umfassen.

Verweise:

„Results of the Baksan Experiment on Sterile Transformations (Better)“ von V. V. Barinov et al., 9. Juni 2022, hier verfügbar. Briefe zur körperlichen Überprüfung.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.232501

„Suche nach Elektron-Neutrino-Übergängen in sterile Zustände im besten Experiment“ Von V. V. Barinov et al., 9. Juni 2022, hier verfügbar. körperliche Untersuchung c.
DOI: 10.1103/ PhysRevC.105.065502

Finanzierung: Departement Energie, Amt für Wissenschaft, Amt für Kernphysik.