Neue Ergebnisse aus dem Experiment Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST) bestätigen die Anomalie, die auf neue physikalische Möglichkeiten hindeutet.
Steriles Neutrino, physikalische Grundlagen unter Interpretationen anomaler Ergebnisse.
Neue wissenschaftliche Ergebnisse bestätigen eine in früheren Experimenten beobachtete Anomalie, die auf ein noch unbestätigtes neues Elementarteilchen, das sterile Neutrino, oder auf die Notwendigkeit einer Neuinterpretation eines Aspekts der Standardmodellphysik wie des Neutrinokreuzes hinweisen könnte Abschnitt, erstmals gemessen vor 60 Jahren. Das Los Alamos National Laboratory ist die führende amerikanische Institution, die am Experiment Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST) mitarbeitet, dessen Ergebnisse kürzlich in den Fachzeitschriften veröffentlicht wurden Briefe zur körperlichen Überprüfung und Körperliche Überprüfung C.
„Die Ergebnisse sind sehr aufregend“, sagte Steve Elliott, leitender Analyst eines der Teams, das die Daten auswertet, und Mitglied der Physikabteilung von Los Alamos. „Dies bestätigt definitiv die Anomalie, die wir in früheren Experimenten gesehen haben. Aber was das bedeutet, ist nicht offensichtlich. Es gibt jetzt widersprüchliche Ergebnisse über sterile Neutrinos. Wenn die Ergebnisse darauf hindeuten, dass grundlegende Kern- oder Atomphysik missverstanden wird, wäre das auch sehr interessant.“ Weitere Mitglieder des Teams von Los Alamos sind Ralph Massarczyk und Inwook Kim.
Das fertiggestellte zweizonige Gallium-Target (links) befindet sich tief unter der Erde am Baksan-Neutrino-Observatorium im Kaukasus in Russland und enthält einen inneren und äußeren Tank mit Gallium, das von einer Elektronen-Neutrino-Quelle bestrahlt wird. Kredit: AA Shikhin
Mehr als eine Meile unter der Erde im Baksan-Neutrino-Observatorium im russischen Kaukasus verwendete BEST 26 bestrahlte Chrom-51-Scheiben, ein synthetisches Radioisotop von Chrom und die 3,4-Megacurie-Quelle von Elektron-Neutrinos, um einen inneren und äußeren Tank aus Gallium, einem weichen, zu bestrahlen , silbriges Metall, das auch in früheren Experimenten verwendet wurde, allerdings zuvor in einem Ein-Tank-Aufbau. Die Reaktion zwischen den Elektron-Neutrinos aus dem Chrom 51 und dem Gallium erzeugt das Isotop Germanium 71.
Die gemessene Produktionsrate von Germanium 71 war 20-24 % niedriger als auf der Grundlage theoretischer Modellierung erwartet. Diese Diskrepanz stimmt mit der Anomalie überein, die in früheren Experimenten beobachtet wurde.
BEST baut auf einem solaren Neutrino-Experiment auf, dem sowjetisch-amerikanischen Gallium-Experiment (SAGE), an dem das Los Alamos National Laboratory ab Ende der 1980er Jahre maßgeblich beteiligt war. Bei diesem Experiment wurden auch Gallium- und hochintensive Neutrinoquellen verwendet. Die Ergebnisse dieses und anderer Experimente deuteten auf ein Defizit an Elektron-Neutrinos hin – eine Diskrepanz zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Ergebnissen, die als „Gallium-Anomalie“ bekannt wurde. Eine Interpretation des Defizits könnte Hinweise auf Oszillationen zwischen Elektron-Neutrino- und sterilen Neutrino-Zuständen geben.
Ein Satz von 26 bestrahlten Scheiben aus Chrom 51 ist die Quelle von Elektron-Neutrinos, die mit Gallium reagieren und Germanium 71 mit Raten produzieren, die mit vorhergesagten Raten gemessen werden können. Kredit: AA Shikhin
Dieselbe Anomalie trat im BEST-Experiment wieder auf. Zu den möglichen Erklärungen gehört wiederum die Oszillation in ein steriles Neutrino. Das hypothetische Teilchen könnte einen wichtigen Teil der Dunklen Materie darstellen, einer zukünftigen Form von Materie, von der angenommen wird, dass sie den Großteil des physikalischen Universums ausmacht. Diese Interpretation muss jedoch möglicherweise weiter getestet werden, da die Messung für jeden Tank ungefähr gleich war, wenn auch niedriger als erwartet.
Andere Erklärungen für die Anomalie beinhalten die Möglichkeit eines Missverständnisses in den theoretischen Eingaben für das Experiment – dass die Physik selbst überarbeitet werden muss. Elliott weist darauf hin, dass der Wirkungsquerschnitt des Elektron-Neutrinos noch nie bei diesen Energien gemessen wurde. Ein nur schwer zu bestätigender theoretischer Input für die Wirkungsquerschnittsmessung ist beispielsweise die Elektronendichte am Atomkern.
Die Methodik des Experiments wurde gründlich überprüft, um sicherzustellen, dass bei Aspekten der Forschung, wie der Platzierung der Strahlungsquelle oder dem Betrieb des Zählsystems, keine Fehler gemacht wurden. Zukünftige Iterationen des Experiments, falls durchgeführt, können eine andere Strahlungsquelle mit höherer Energie, längerer Halbwertszeit und Empfindlichkeit gegenüber kürzeren Oszillationswellenlängen beinhalten.
Verweise:
„Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST)“ von V. V. Barinov et al., 9. Juni 2022, Briefe zur körperlichen Überprüfung.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.232501
„Suche nach Elektron-Neutrino-Übergängen in sterile Zustände im BEST-Experiment“ von VV Barinov et al., 9. Juni 2022, Körperliche Überprüfung C.
DOI: 10.1103/PhysRevC.105.065502
Finanzierung: Departement Energie, Amt für Wissenschaft, Amt für Kernphysik.