تؤكد نتائج التجارب العميقة تحت الأرض وجود حالة شاذة: فيزياء أساسية جديدة محتملة

النيوترينو المعقمة ، أساسيات الفيزياء من بين تفسيرات النتائج غير الطبيعية.

تؤكد النتائج العلمية الجديدة وجود شذوذ لوحظ في التجارب السابقة ، والذي يمكن أن يشير إلى جسيم أولي جديد ولكن غير مؤكد ، النيوترينو المعقم ، أو يشير إلى الحاجة إلى تفسير جديد لجانب من جوانب فيزياء النماذج القياسية، مثل المقطع العرضي للنيوترينو ، والذي تم قياسه لأول مرة منذ 60 عامًا. مختبر لوس ألاموس الوطني هو المؤسسة الأمريكية الرائدة التي تتعاون في تجربة باكسان حول التحولات المعقمة (BEST) ، والتي تم نشر نتائجها مؤخرًا في المجلات. خطابات الفحص البدني و الفحص البدني ج.

قال ستيف إليوت ، كبير المحللين في أحد الفرق التي تقوم بتقييم البيانات وعضو قسم الفيزياء في لوس ألاموس: “النتائج مثيرة للغاية”. “هذا بالتأكيد يعيد التأكيد على الشذوذ الذي رأيناه في التجارب السابقة. ولكن ما يعنيه هذا غير واضح. هناك الآن نتائج متضاربة حول نيوترينوات معقمة. إذا أشارت النتائج إلى أن الفيزياء النووية أو الذرية الأساسية غير مفهومة جيدًا ، فسيكون ذلك أيضًا مثيرًا للاهتمام. ومن بين الأعضاء الآخرين في فريق لوس ألاموس رالف ماسارشيك وإنووك كيم.

يقع في أعماق الأرض في مرصد باكسان للنيوترينو في جبال القوقاز في روسيا ، الهدف المكتمل من منطقتين من الغاليوم ، على اليسار ، يحتوي على خزان داخلي وخارجي من الغاليوم ، والذي يتم تشعيعه بواسطة مصدر إلكترون نيوترينو. الائتمان: AA Shikhin

أكثر من ميل تحت الأرض في مرصد باكسان للنيوترينو في جبال القوقاز الروسية ، أفضل استخدام لـ 26 قرصًا مشعًا من الكروم 51 ، وهو نظير مشع اصطناعي من الكروم ومصدر 3.4 ميجاوات من إلكترونيات النيوترينوات ، لإشعاع خزان داخلي وخارجي من الغاليوم ، استخدم المعدن الفضي أيضًا في التجارب السابقة ، ولكن سابقًا في تكوين خزان واحد. ينتج عن التفاعل بين نيوترينوات الكروم 51 الإلكترون والغاليوم نظير الجرمانيوم 71.

كان المعدل المقاس لإنتاج الجرمانيوم -71 أقل بنسبة 20-24٪ من المتوقع بناءً على النمذجة النظرية. يتوافق هذا التناقض مع الشذوذ الذي لوحظ في التجارب السابقة.

يعتمد BEST على تجربة النيوترينو الشمسي ، تجربة الغاليوم السوفيتية الأمريكية (SAGE) ، والتي كان فيها مختبر لوس ألاموس الوطني مساهماً رئيسياً ، ابتداءً من أواخر الثمانينيات.كما استخدم الغاليوم ومصادر النيوترينو عالية الكثافة. أشارت نتائج هذه التجربة وغيرها إلى وجود عجز في النيوترينو الإلكتروني – وهو تناقض بين النتائج المتوقعة والفعلية التي أصبحت تُعرف باسم “شذوذ الغاليوم”. يمكن أن يكون أحد تفسيرات العجز دليلًا على التذبذبات بين نيوترينو الإلكترون وحالات النيوترينو المعقمة.

مجموعة من 26 قرصًا من الكروم -51 المشععة هي مصدر نيوترينوات الإلكترون التي تتفاعل مع الغاليوم وتنتج الجرمانيوم 71 بمعدلات يمكن قياسها مقابل المعدلات المتوقعة. الائتمان: AA Shikhin

تكررت نفس الحالة الشاذة في أفضل تجربة. تشمل التفسيرات المحتملة مرة أخرى التذبذب في النيوترينو المعقم. قد يشكل الجسيم الافتراضي جزءًا كبيرًا من المادة المظلمة ، وهي شكل محتمل من المادة يعتقد أنها تشكل الغالبية العظمى من الكون المادي. ومع ذلك ، قد يتطلب هذا التفسير مزيدًا من الاختبارات ، حيث كان القياس لكل خزان متماثلًا تقريبًا ، على الرغم من أنه أقل من المتوقع.

تشمل التفسيرات الأخرى للشذوذ احتمال وجود سوء فهم في المدخلات النظرية للتجربة – أن الفيزياء نفسها بحاجة إلى إعادة صياغة. يشير إليوت إلى أن المقطع العرضي لنيوترينو الإلكترون لم يسبق قياسه بهذه الطاقات. على سبيل المثال ، المدخل النظري لقياس المقطع العرضي ، والذي يصعب تأكيده ، هو كثافة الإلكترون في النواة الذرية.

تمت مراجعة منهجية التجربة بعناية لضمان عدم حدوث أخطاء في جوانب البحث ، مثل وضع مصدر الإشعاع أو عمليات نظام العد. قد تتضمن التكرارات المستقبلية للتجربة ، إذا تم إجراؤها ، مصدر إشعاع مختلف مع طاقة أعلى وعمر نصف أطول وحساسية لأطوال موجات التذبذب الأقصر.

مراجع:

“نتائج تجربة باكسان على التحولات المعقمة (الأفضل)” بقلم في في بارينوف وآخرون ، 9 يونيو 2022 ، خطابات الفحص البدني.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.128.232501

“البحث عن انتقالات إلكترون-نيوترينو إلى حالات معقمة في أفضل تجربة” بقلم في في بارينوف وآخرون ، 9 يونيو 2022 ، الفحص البدني ج.
DOI: 10.1103 / PhysRevC.105.065502

التمويل: قسم الطاقة ، مكتب العلوم ، مكتب الفيزياء النووية.