2019-01-07 21:32:01
费米实验室的科学家们一直致力于寻找难以捉摸的第四种中微子

费米实验室的科学家们一直致力于寻找难以捉摸的第四种中微子.jpg

中微子,一种着名的难以研究的幽灵基本粒子,可以为科学家们提供关于宇宙演化的线索。

事实上,它们很难捕捉到,有可能第四种类型几十年来一直藏在我们的鼻子底下。

位于UChicago附属的费米国家加速器实验室的科学家,正在进行一项国际合作,探索全新粒子的可能性,该实验室是世界上最广泛的中微子研究的所在地。虽然已知有三种类型的中微子,科学家们正在寻找可能的第四种 - 无菌中微子,它的存在已被戏弄但从未明确证实过。

新的中微子实验的主要组成部分来自世界各地,以便集成到Fermilab即将推出的短基线近探测器(SBND)中。

“短基线计划的目的是解决先前实验的有趣结果,这些结果可能暗示一类新的中微子,这将在中微子物理学领域开辟一个全新的,意想不到的领域,”SBND联合发言人兼助理David Schmitz说。芝加哥大学物理学教授。 “但无论我们发现什么,结果都应该让我们清楚这个长期存在的难题。”

位于芝加哥以西约45英里的费米实验室,沿费米实验室粒子加速器产生的一束中微子栖息着三个探测器。在这三个探测器中,新探测器将最靠近光束源,距离仅360英尺。 (另外两个,MicroBooNE和ICARUS,分别距离源1,500英尺和2,000英尺。)

“你有三个探测器的原因是你想要沿不同距离的光束线采样中微子光束,”该项目的另一位发言人Fermilab中微子科学家Ornella Palamara说。

当中微子经过另一个探测器后,其中一些探测器留下痕迹。科学家们将分析这些信息,以寻找中性家族假设但从未见过的成员的确凿证据。

费米实验室的科学家们一直致力于寻找难以捉摸的第四种中微子1.jpg

做出(dis)外观

中微子有三种“味道”之一:电子,μ子和头。当它们穿过太空时,它们从一种味道变成另一种味道,这被称为振荡。众所周知,中微子会在这三种口味中振荡,但只有进一步的证据才能帮助科学家确定它们是否也会振荡成第四种 - 一种无菌的中微子。

如果存在这些无菌中微子,它们根本不与物质相互作用。 (我们熟悉的中微子确实相互作用,但很少。)其他实验的结果暗示了无菌中微子存在的可能性,但到目前为止,还没有人证实这一点。

SBND作为光束中的第一个探测器,将记录在振荡发生之前通过它的电子和μ子中微子的数量。其中绝大多数 - 约99.5% - 将是μ子中微子。当他们到达远处探测器MicroBooNE和ICARUS时,每千μ子中微子中的一些可能已经转化为电子中微子。

两种可能的结果可能表明存在新粒子。

一个是远检测器看到的电子中微子比预期的多。这可能是无菌中微子也存在的证据:中微子可能以产生过量电子中微子的方式转化为无菌中微子状态。另一个是远检测器看到的muon中微子比预期的要少 - 在SBND中发现的μ子中微子“消失” - 因为它们转化为无菌的中微子。

施密茨说:“我们可以看到电子中微子外观和μ子中微子同时消失的单一实验,并确保它们的大小相互兼容,这对于试图发现无菌的中微子振荡非常有用。” “近探测器大大提高了我们这样做的能力。”

来自三大洲的组件

十月,第一个四个阳极平面组件,即高度敏感的电子元件,来到费米实验室。更多人正在前进。

阳极平面组件总共四个,是一个4×4×5米探测器的一部分,它将悬浮在充满-300华氏度液氩的低温罐内。每个组件都是一个巨大的框架,上面覆盖着数以千计的精密传感线,用于跟踪中微子与坦克中的氩原子碰撞产生的粒子。

SBND还将成为一些技术的试验场,包括阳极平面组件,将用于国际深地中微子实验,称为DUNE,这是由费米实验室主办的大型实验,目前正在南达科他州建造。

欧洲,南美和美国的机构正在帮助建立SBND的各种组件。总共有三大洲的20多个机构参与了这项工作。 Schmitz说,另有十几家公司正在合作开发软件工具,以便在探测器运行后分析数据。

“参与国际合作很有意义,”帕拉马拉说。 “当然,还有挑战,但看到来自世界各地的人们参与该项目的工作真是太棒了。将检测器的各个部分放在不同的地方然后看到所有东西聚集在一起是令人兴奋的。”

SBND的组装预计将于2019年秋季完成,之后探测器将沿着加速器产生的中微子束安装在其建筑物中。 SBND计划在2020年底之前开始接收中微子。

猜您喜欢的其它内容