I risultati di esperimenti nel sottosuolo profondo confermano l’anomalia: possibile nuova fisica fondamentale

Neutrini sterili, Fondamenti di fisica tra spiegazioni di risultati anomali.

Le nuove scoperte scientifiche confermano un’anomalia vista in precedenti esperimenti, che potrebbe indicare una nuova particella elementare, il neutrino sterile, ancora non confermata, o indicare la necessità di una nuova spiegazione per un aspetto della Fisica del modello standard, come la sezione trasversale del neutrino, misurata per la prima volta 60 anni fa. Il Los Alamos National Laboratory è la principale istituzione statunitense che collabora al Baksan Experiment on Sterile Transformations (BEST), i cui risultati sono stati recentemente pubblicati su riviste. Lettere di revisione fisica E il revisione fisica c.

“I risultati sono molto entusiasmanti”, ha affermato Steve Elliott, analista senior di uno dei team che valutano i dati e membro del dipartimento di fisica di Los Alamos. “Questo certamente riconferma le anomalie che abbiamo visto nei precedenti esperimenti. Ma cosa significhi non è chiaro. Ora ci sono risultati contrastanti su neutrini sterili. Se i risultati indicano un’incomprensione della fisica nucleare o atomica di base, sarebbe anche interessante”. Altri membri del team di Los Alamos includono Ralph Masarczyk ed Enuk Kim.

Situato in profondità nel sottosuolo dell’Osservatorio dei neutrini di Baksan nelle montagne del Caucaso in Russia, l’obiettivo completato di due regioni di gallio, a sinistra, contiene un serbatoio interno e uno esterno di gallio, che è irradiato da una sorgente di neutrini elettronici. Credito: AA Shikhin

Più di un miglio sottoterra presso l’Osservatorio dei neutrini di Baksan nelle montagne del Caucaso russo, 26 dischi radioattivi di cromo 51, un isotopo radioattivo artificiale del cromo e una fonte di 3,4 megapicurie di neutrini elettronici, sono utilizzati al meglio per la radiazione del serbatoio interno ed esterno del gallio, materiale morbido , metallo argentato Anche in precedenti esperimenti, sebbene in precedenza fosse utilizzato in un’unica vasca. La reazione tra i neutrini elettronici di cromo 51 e gallio produce l’isotopo germanio 71.

Il tasso di produzione misurato di germanio-71 era del 20-24% inferiore al previsto sulla base della modellizzazione teorica. Questa discrepanza è coerente con le anomalie osservate negli esperimenti precedenti.

BEST si basa sull’esperimento del neutrino solare, il Soviet-American Gallium Experiment (SAGE), al quale il Los Alamos National Laboratory ha contribuito in modo determinante, a partire dalla fine degli anni ’80. Quell’esperimento ha utilizzato anche fonti di gallio e neutrini ad alta densità. I risultati di quell’esperimento e di altri hanno indicato un deficit di neutrini elettronici, una discrepanza tra i risultati attesi e quelli effettivi che è diventata nota come “anomalia del gallio”. La spiegazione del deficit potrebbe essere l’evidenza di oscillazioni tra neutrini elettronici e stati di neutrini sterili.

Una serie di 26 dischi radioattivi di cromo-51 è la fonte dei neutrini elettronici che interagiscono con il gallio e producono germanio-71 a velocità che possono essere misurate rispetto alle velocità previste. Credito: AA Shikhin

La stessa anomalia si è ripetuta nel miglior esperimento. Possibili spiegazioni includono ancora l’oscillazione in un neutrino sterile. Un’ipotetica particella può costituire una parte significativa della materia oscura, una possibile forma di materia che si ritiene costituisca la stragrande maggioranza dell’universo fisico. Questa interpretazione potrebbe richiedere ulteriori test, perché la misurazione per ciascun serbatoio era quasi la stessa, anche se inferiore al previsto.

Altre spiegazioni per l’anomalia includono la possibilità che ci sia un malinteso nell’input teorico dell’esperimento – che la fisica stessa richieda una riformulazione. Elliott sottolinea che la sezione d’urto del neutrino elettronico non è stata precedentemente misurata a queste energie. Ad esempio, la voce teorica per la misura della sezione d’urto, che è difficile da confermare, è la densità elettronica nel nucleo atomico.

La metodologia dell’esperimento è stata attentamente rivista per garantire che non si verificassero errori in aspetti della ricerca, come il posizionamento della sorgente di radiazioni o le operazioni del sistema di conteggio. Le future iterazioni dell’esperimento, se eseguite, potrebbero includere una diversa sorgente di radiazione con energia più elevata, emivita più lunga e sensibilità a lunghezze d’onda di oscillazione più brevi.

Riferimenti:

“Risultati dell’esperimento Baksan sulle trasformazioni sterili (migliori)” di V.V. Barinov et al., 9 giugno 2022, disponibile qui. Lettere di revisione fisica.
DOI: 10.1103/ PhysRevLett.128.232501

“Ricerca di transizioni elettrone-neutrino verso stati sterili nel miglior esperimento” di V. V. Barinov et al., 9 giugno 2022, disponibile qui. revisione fisica c.
DOI: 10.1103/ PhysRevC.105.065502

Finanziamenti: Dipartimento di Energia, Ufficio di Scienze, Ufficio di Fisica Nucleare.