Des preuves convaincantes du processus neutrino ouvrent des possibilités physiques – Technoguide

L’expérience de physique des particules COHERENT au laboratoire national d’Oak Ridge du Département de l’Énergie a fermement établi l’existence d’un nouveau type d’interaction neutrino. Parce que les neutrinos sont électriquement neutres et n’interagissent que faiblement avec la matière, la quête d’observation de cette interaction a conduit aux progrès de la technologie des détecteurs et a ajouté de nouvelles informations aux théories visant à expliquer les mystères du cosmos.

«On pense que le neutrino est au cœur de nombreuses questions ouvertes sur la nature de l’univers», a déclaré Rex Tayloe, professeur de physique à l’Université de l’Indiana. Il a dirigé l’installation, l’exploitation et l’analyse des données d’un détecteur d’argon liquide cryogénique pour les neutrinos à la Spallation Neutron Source, ou SNS, une installation utilisateur du DOE Office of Science de l’ORNL.

L’étude, publiée dans Physical Review Letters, a observé que les neutrinos de faible énergie interagissent avec un noyau d’argon par le biais de la force nucléaire faible dans un processus appelé diffusion cohérente élastique neutrino-noyau, ou CEvNS, qui se prononce «sept». Comme une balle de ping-pong bombardant une balle molle, un neutrino qui frappe un noyau ne transfère qu’une petite quantité d’énergie au noyau beaucoup plus grand, qui recule presque imperceptiblement en réponse à l’assaut minuscule.

Une étude publiée en 2017 dans Science dans laquelle des collaborateurs COHERENT ont utilisé le plus petit détecteur de neutrinos au monde pour fournir la première preuve du processus CEvNS, car les neutrinos interagissaient avec des noyaux de césium et d’iode plus gros et plus lourds, a jeté les bases de la découverte du noyau d’argon. Leurs reculs étaient encore plus minuscules, comme des boules de bowling réagissant aux balles de ping-pong.

«Le modèle standard de physique des particules prédit une diffusion élastique cohérente des neutrinos hors des noyaux», a déclaré Kate Scholberg, physicienne de l’Université Duke, porte-parole et organisatrice des objectifs scientifiques et technologiques de COHERENT. La collaboration compte 80 participants de 19 institutions et quatre pays. “Voir l’interaction du neutrino avec l’argon, le noyau le plus léger pour lequel il a été mesuré, confirme l’observation antérieure à partir de noyaux plus lourds. Mesurer le processus établit précisément des contraintes sur des modèles théoriques alternatifs.”

Yuri Efremenko, physicien à l’Université du Tennessee, Knoxville et ORNL qui a dirigé le développement de photodétecteurs plus sensibles, a déclaré: “L’argon fournit une sorte de ‘porte’. Le processus CEvNS est comme un bâtiment dont nous savons qu’il devrait exister. Le premier la mesure du césium et de l’iode a été l’une des portes qui nous a permis d’explorer le bâtiment. Nous avons maintenant ouvert cette autre porte d’argon. ” Les données d’argon sont cohérentes avec le modèle standard dans les barres d’erreur. Cependant, une précision accrue permise par des détecteurs plus gros peut permettre aux scientifiques de voir quelque chose de nouveau. “Voir quelque chose d’inattendu serait comme ouvrir la porte et voir des trésors fantastiques”, a ajouté Efremenko.

“Nous cherchons des moyens de briser le modèle standard. Nous aimons le modèle standard; il a vraiment réussi. Mais il y a des choses qu’il n’explique tout simplement pas”, a déclaré le physicien Jason Newby, responsable de l’ORNL pour COHERENT. “Nous soupçonnons que dans ces petits endroits où le modèle pourrait tomber en panne, des réponses à de grandes questions sur la nature de l’univers, l’antimatière et la matière noire, par exemple, pourraient nous attendre.”

L’équipe COHERENT utilise la source de neutrons pulsés la plus brillante du monde à SNS pour aider à trouver les réponses. Les neutrons produits par le SNS pour la recherche créent des neutrinos en tant que sous-produit. Un corridor de service sous la cible de mercure du SNS a été converti en un laboratoire de neutrinos dédié, baptisé Neutrino Alley, sous la direction de Newby et Efremenko. Un détecteur de 53 livres ou 24 kilogrammes appelé CENNS-10 se trouve à 90 pieds, ou 27,5 mètres, d’une source de neutrinos à faible énergie qui optimise les possibilités de repérer des interactions cohérentes. Cela signifie que les neutrinos qui approchent voient la force faible du noyau dans son ensemble, conduisant à un effet plus important par rapport aux interactions non cohérentes.

Les détecteurs plus gros sont meilleurs pour effectuer des mesures de haute précision, et la technologie de détection CENNS-10 est facile à mettre à l’échelle en ajoutant simplement plus d’argon liquide.

Le détecteur CENNS-10 a été construit à l’origine au Fermilab par le collaborateur COHERENT Jonghee Yoo. Lui et Tayloe l’ont amené à IU et l’ont retravaillé là avant qu’il ne soit installé chez SNS en 2016. Newby et Efremenko avaient préparé le site SNS avec un blindage de plomb, de cuivre et d’eau en couches pour éliminer les arrière-plans de neutrons.

Après que les mesures initiales ont indiqué que l’expérience ne serait pas dominée par l’arrière-plan, des revêtements de décalage de longueur d’onde ont été appliqués aux photodétecteurs et aux réflecteurs internes qui ont considérablement amélioré la collecte de la lumière. Le détecteur a été étalonné en injectant du krypton-83m dans l’argon liquide pour permettre le calcul du nombre de photons présents.

Les résultats publiés ont utilisé 18 mois de données collectées à partir de CENNS-10. L’analyse des données a révélé 159 événements CEvNS, conformément à la prédiction du modèle standard.

Les données de COHERENT aideront les chercheurs du monde entier à interpréter leurs mesures de neutrinos et à tester leurs théories sur une éventuelle nouvelle physique. L’empreinte digitale calculable des interactions neutrino-noyau prédite par le modèle standard et vue par COHERENT a également des applications pratiques. “C’est un moyen de mesurer la distribution des neutrons à l’intérieur des noyaux et la densité des étoiles à neutrons”, a déclaré Efremenko. “C’est une contribution à la physique nucléaire et à l’astrophysique car les processus sont très similaires.”

Différents types de détecteurs sont nécessaires pour des études approfondies sur les neutrinos. Pour poursuivre l’objectif d’observation du CEvNS sur une variété de noyaux, un détecteur de 16 kilogrammes basé sur des noyaux de germanium, plus gros que l’argon mais plus petits que le césium et l’iode, sera installé dans Neutrino Alley l’année prochaine. Un réseau de détecteurs d’iodure de sodium a été installé pour compléter le détecteur d’iodure de césium en service depuis 2017.

Pendant ce temps, la collecte de données se poursuit 24h / 24 et 7j / 7 malgré le COVID-19 car les collaborateurs COHERENT surveillent leur détecteur d’argon liquide à distance. Ils aspirent à l’élargir à l’échelle des tonnes pour voir 25 fois plus d’événements par an et permettre l’observation de spectres d’énergie détaillés qui pourraient révéler des signatures de la nouvelle physique, y compris l’existence de neutrinos stériles qui n’ont pas d’interaction faible et, par conséquent, ne seraient pas démontrer une interaction cohérente.

Finalement, ils aimeraient ajouter un détecteur d’argon liquide encore plus grand de 10 tonnes à la deuxième station cible de SNS. «Nous poussons sur la technologie afin qu’à l’avenir, nous serons en mesure de répondre à des questions qui nécessitent une plus grande précision», a déclaré Newby.

.

Lire plus

A propos Technoguide

Voir aussi

La série Nvidia CMP est-elle anti-consommateur? L’intention de la série semble être de tuer le marché de la revente d’occasion

Les crypto-monnaies ont pris le relais pour le moment et cela a siphonné toutes les …

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Défiler vers le haut