Φυσικοί παρατηρούν για πρώτη φορά τις αλληλοεξαρτησιακές αλληλεπιδράσεις νετρίνων και πυρήνα ατόμου

Μια ομάδα φυσικών της συνεργασίας COHERENT, αναφέρει σε μια νέα μελέτη η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science, ότι είναι η πρώτη που έχει ανιχνεύσει και χαρακτηρίσει τη συνεκτική ελαστική σκέδαση χαμηλής ενέργειας νετρίνων από τους ατομικούς πυρήνες.

Τα νετρίνα, μικροσκοπικά υποατομικά σωματίδια που σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη, συχνά περιγράφονται ως «σωματίδια – φάντασμα». Χωρίς φορτίο και σχεδόν χωρίς μάζα, τρισεκατομμύρια νετρίνα περνούν από το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, αλλά δεν έχουμε κανέναν τρόπο να τα ανιχνεύσουμε.

Το 1974, ο φυσικός Daniel Freedman προέβλεψε έναν καινοτόμο τρόπο για να αλληλεπιδράσουν τα νετρίνα με την ύλη.

Πάνω από τέσσερις δεκαετίες αργότερα, η ομάδα των φυσικών δημιούργησε για πρώτη φορά τον μικρότερο ανιχνευτή νετρίνων στον κόσμο για να παρατηρήσει την αλληλεπίδραση (που ονομάζεται συνεκτική ελαστική σκέδαση) για πρώτη φορά.

“Οι μεγαλύτεροι ανιχνευτές νετρίνων είναι συνήθως καλύτεροι για την ανίχνευση αυτών των σωματιδίων επειδή έχουν απλώς περισσότερη ύλη για να αλληλεπιδράσουν τα νετρίνα, καθιστώντας πολύ πιο πιθανό ότι θα είναι σε θέση να καταγράψουν τουλάχιστον ένα από αυτά τα σπάνια συμβάντα”, αναφέρουν στην μελέτη τους οι φυσικοί.

“Αλλά η ανίχνευση της συνεκτικής ελαστικής σκέδασης είναι λίγο διαφορετική από την ανίχνευση άλλων τύπων αλληλεπιδράσεων νετρίνων. Οι αλληλεπιδράσεις διασκορπισμού εμφανίζονται πολύ πιο συχνά, αλλά είναι επίσης πολύ μικρότερες σε μέγεθος από κάποιες από τις άλλες συμπεριφορές. Ως αποτέλεσμα, οι μικρότεροι αλλά εξαιρετικά ευαίσθητοι ανιχνευτές μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικοί”.

Όταν ένα νετρίνο προσκρούει στον πυρήνα ενός ατόμου, δημιουργεί μια μικροσκοπική, ελάχιστα μετρήσιμη ανάκρουση. Η κατασκευή ενός ανιχνευτή από βαρέα στοιχεία όπως το ιώδιο, το καίσιο ή το ξένον αυξάνει δραματικά την πιθανότητα αυτού του τρόπου αλληλεπίδρασης νετρίνων σε σύγκριση με άλλες διεργασίες.

Υπάρχει όμως ένα εμπόδιο. Καθώς οι μικροσκοπικές πυρηνικές ανακτήσεις που προκύπτουν καθίστανται δυσκολότερο να ανιχνευθούν καθώς ο πυρήνας γίνεται βαρύτερος. Για να ανιχνεύσουν αυτό το κομμάτι της μικροσκοπικής ανάκρουσης, οι φυσικοί κατανόησαν ότι ένα κρυσταλλικό ιώδιο του καισίου εμποτισμένο με νάτριο ήταν το τέλειο υλικό.

Ο ανιχνευτής που κατασκευάστηκε από την ομάδα έχει μήκος περίπου 33 εκατοστά και πλάτος 10 εκατοστά, ζυγίζοντας μόνο 14.5 κιλά. Συγκριτικά, τα πιο γνωστά παρατηρητήρια νετρίνων του κόσμου είναι εξοπλισμένα με χιλιάδες τόνους ανιχνευτικού υλικού.

Οι φυσικοί είναι ενθουσιασμένοι με την ανακάλυψη επειδή οι προσεκτικές μετρήσεις της συνεκτικής ελαστικής σκέδασης θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα ισχυρό εργαλείο για τη δοκιμή των ορίων του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής.

“Αυτό είναι χρήσιμο όχι μόνο για τη μελέτη των θεμελιωδών ιδιοτήτων των ίδιων των νετρίνων, αλλά και για τη χρήση των αλληλεπιδράσεών τους για τη διεύρυνση των γνώσεων μας για την πυρηνική φυσική, το Καθιερωμένο Μοντέλο και πιθανές επεκτάσεις πέρα από αυτό”, αναφέρουν επίσης οι φυσικοί στη μελέτη τους.

“Αυτή η ανακάλυψη είναι συναρπαστική και από μόνη της, αλλά πραγματικά είναι μόνο το πρώτο βήμα. Αλλά είναι ένα πολύ μεγάλο βήμα”.

“Τα δεδομένα του COHERENT θα βοηθήσουν στην ερμηνεία των μετρήσεων των ιδιοτήτων νετρίνων από πειράματα σε όλο τον κόσμο. Μπορεί επίσης να είμαστε σε θέση να χρησιμοποιήσουμε τη συνεκτική σκέδαση για να κατανοήσουμε καλύτερα τη δομή του πυρήνα των ατόμων”.

Παραπομπές

D. Akimov et al. Observation of coherent elastic neutrino-nucleus scattering. Science (2017). DOI: 10.1126/science.aao0990

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *