Hasil eksperimen bawah tanah mengkonfirmasi anomali: kemungkinan fisika fundamental baru

Neutrino steril, Dasar-dasar fisika di antara penjelasan hasil anomali.

Temuan ilmiah baru mengkonfirmasi anomali yang terlihat dalam percobaan sebelumnya, yang mungkin menunjuk ke partikel dasar baru yang belum dikonfirmasi, neutrino steril, atau menunjukkan perlunya penjelasan baru untuk aspek Fisika Model Standar, seperti penampang neutrino, yang pertama kali diukur 60 tahun yang lalu. Los Alamos National Laboratory adalah lembaga terkemuka AS yang berkolaborasi dalam Baksan Experiment on Steril Transformations (BEST), yang hasilnya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal. Surat Tinjauan Fisik Dan tinjauan fisik c.

“Hasilnya sangat menarik,” kata Steve Elliott, analis senior di salah satu tim yang mengevaluasi data dan anggota departemen fisika di Los Alamos. “Ini tentu menegaskan kembali anomali yang kita lihat dalam eksperimen sebelumnya. Tapi apa artinya ini tidak jelas. Sekarang ada hasil yang bertentangan tentang neutrino steril. Jika hasilnya menunjukkan kesalahpahaman tentang fisika nuklir atau atom dasar, itu juga akan menarik.” Anggota lain dari tim Los Alamos termasuk Ralph Masarczyk dan Enuk Kim.

Terletak jauh di bawah tanah di Baksan Neutrino Observatory di Pegunungan Kaukasus di Rusia, target lengkap dari dua wilayah galium, kiri, berisi reservoir dalam dan luar galium, yang disinari oleh sumber neutrino elektron. Kredit: AA Shikhin

Lebih dari satu mil di bawah tanah di Baksan Neutrino Observatory di Pegunungan Kaukasus Rusia 26 cakram radioaktif kromium 51, isotop radioaktif buatan kromium dan sumber 3,4 megapicurie neutrino elektron, paling baik digunakan untuk radiasi tangki dalam dan luar galium, bahan lunak , logam perak Juga dalam percobaan sebelumnya, meskipun sebelumnya digunakan dalam tangki tunggal. Reaksi antara neutrino elektron dari kromium 51 dan galium menghasilkan isotop germanium 71.

Tingkat produksi germanium-71 yang terukur adalah 20-24% lebih rendah dari yang diharapkan berdasarkan pemodelan teoritis. Perbedaan ini konsisten dengan anomali yang terlihat pada percobaan sebelumnya.

BEST didasarkan pada eksperimen neutrino surya, Eksperimen Gallium Soviet-Amerika (SAGE), di mana Laboratorium Nasional Los Alamos merupakan kontributor utama, dimulai pada akhir 1980-an. Eksperimen itu juga menggunakan sumber galium dan neutrino berdensitas tinggi. Hasil dari percobaan itu dan lainnya menunjukkan defisit neutrino elektron – perbedaan antara hasil yang diharapkan dan hasil aktual yang kemudian dikenal sebagai “anomali galium”. Penjelasan untuk defisit bisa menjadi bukti osilasi antara neutrino elektron dan keadaan neutrino steril.

Array 26 cakram kromium-51 radioaktif adalah sumber neutrino elektron yang berinteraksi dengan galium dan menghasilkan germanium-71 dengan laju yang dapat diukur terhadap laju yang diharapkan. Kredit: AA Shikhin

Anomali yang sama diulang dalam eksperimen terbaik. Penjelasan yang mungkin lagi mencakup osilasi dalam neutrino steril. Partikel hipotetis mungkin merupakan bagian penting dari materi gelap, kemungkinan bentuk materi yang diyakini membentuk sebagian besar alam semesta fisik. Interpretasi ini mungkin perlu pengujian lebih lanjut, karena pengukuran untuk setiap tangki hampir sama, meskipun kurang dari yang diharapkan.

Penjelasan lain untuk anomali tersebut mencakup kemungkinan bahwa ada kesalahpahaman dalam masukan teoretis untuk eksperimen – bahwa fisika itu sendiri memerlukan perumusan ulang. Elliott menunjukkan bahwa penampang neutrino elektron sebelumnya belum pernah diukur pada energi ini. Misalnya, entri teoretis untuk pengukuran penampang, yang sulit dipastikan, adalah kerapatan elektron dalam inti atom.

Metodologi percobaan ditinjau dengan cermat untuk memastikan bahwa kesalahan tidak terjadi dalam aspek penelitian, seperti penempatan sumber radiasi atau operasi sistem penghitungan. Iterasi percobaan di masa depan, jika dilakukan, dapat mencakup sumber radiasi yang berbeda dengan energi yang lebih tinggi, waktu paruh yang lebih lama, dan kepekaan terhadap panjang gelombang osilasi yang lebih pendek.

Referensi:

“Hasil Percobaan Baksan pada Transformasi Steril (Lebih Baik)” Oleh V.V. Barinov et al., 9 Jun 2022, Tersedia di sini. Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.232501

“Mencari transisi elektron-neutrino ke keadaan steril dalam eksperimen terbaik” Oleh V. V. Barinov et al., 9 Jun 2022, Tersedia di sini. tinjauan fisik c.
DOI: 10.1103/ PhysRevC.105.065502

Pendanaan: Departemen Energi, Kantor Sains, Kantor Fisika Nuklir.