托马斯·杰斐逊国家加速器设施
中微子与原子核相互作用
信用:能源部的杰斐逊实验室 中微子可能是最终解开我们物质主导的宇宙起源之谜的关键，两项耗资数十亿美元的重大实验的准备工作正在进行，以揭示粒子的秘密
现在，一组核物理学家已经转向卑微的电子，为这些实验如何更好地准备捕捉关键信息提供见解
他们的研究是在美国进行的
S
能源部的托马斯·杰斐逊国家加速器设施，最近发表在《自然》杂志上，揭示了实验需要对中微子模型进行重大更新才能获得高精度的结果
中微子无处不在，由我们宇宙中的恒星大量产生
尽管普遍存在，这些害羞的粒子很少与物质相互作用，使得它们很难研究
“有这种中微子从一种类型变成另一种类型的现象，这种现象被称为中微子振荡
研究这一现象很有趣，因为它还没有被很好地理解，”该研究的合著者马里亚纳·哈恰特良说，她是老自治领大学教授和著名学者拉里·温斯坦的研究小组的研究生，当时她为这项研究做出了贡献
她现在是佛罗里达国际大学的博士后研究员
研究中微子振荡的一种方法是建造巨大的超灵敏探测器来测量地下深处的中微子
探测器通常包含具有大原子核的致密材料，因此中微子更有可能与它们相互作用
这种相互作用触发了由探测器记录的其他粒子的级联
物理学家可以利用这些数据梳理出关于中微子的信息
阿迪·阿什肯纳齐解释说:“中微子物理学家正在通过测量中微子与原子核相互作用产生的所有粒子，并重建进入的中微子能量来了解更多关于中微子及其振荡的信息，并非常非常精确地测量它们。”
Ashkenazi是该研究的联系作者，他在麻省理工学院教授Or Hen的研究小组中作为研究学者参与了这个项目
她现在是特拉维夫大学的高级讲师
Ashkenazi说:“探测器是由重原子核组成的，中微子与这些原子核的相互作用实际上是非常复杂的相互作用。”
“那些中微子能量重建方法仍然非常具有挑战性，改进我们用来描述它们的模型是我们的工作
" 这些方法包括用一个名为GENIE的理论模拟来模拟相互作用，允许物理学家推断入射中微子的能量
GENIE是许多模型的混合体，每个模型都帮助物理学家重现中微子和原子核之间相互作用的某些方面
由于对中微子知之甚少，因此很难直接测试GENIE，以确保它能从真实中微子实验(如深层地下中微子实验(DUNE)或Hyper-Kamiokande)提供的新数据中产生准确和高精度的结果
为了测试GENIE，研究小组求助于一种不起眼的粒子:电子，核物理学家对这种粒子了解得更多
“这利用了电子和中微子之间的相似性
我们正在利用电子研究来验证中微子与原子核的相互作用模型
中微子和电子有许多共同点
它们都属于被称为轻子的亚原子粒子家族，所以它们都是不受强力影响的基本粒子
在这项研究中，该团队使用了一个电子散射版本的GENIE，被称为e-GENIE，来测试中微子研究人员将使用的相同的传入能量重建算法
他们没有使用中微子，而是使用了最近的电子结果
“电子已经被研究了很多年，电子束有非常精确的能量，”德希肯纳齐说
“我们知道他们的能量
当我们试图重建输入的能量时，我们可以把它和我们所知道的进行比较
我们可以测试我们的方法对各种能量的效果，这是中微子做不到的
" 这项研究的输入数据来自杰弗逊实验室的连续电子束加速器设施(美国能源部的一个用户设施)的CLAS探测器进行的实验
CEBAF是世界上最先进的探测物质本质的电子加速器
该团队使用的数据直接反映了中微子实验中要研究的最简单的情况:产生一个电子和一个质子(vs
一个μ子和一个质子)
这些原子核类似于中微子实验探测器中使用的材料
此外，该小组努力确保电子版GENIE尽可能与中微子版平行
“我们使用了与中微子实验完全相同的模拟，我们使用了相同的修正，”该项研究的合著者、麻省理工学院的研究生阿弗罗迪蒂·帕帕多普洛解释说，他也是母鸡研究小组的成员
“如果这个模型不适用于电子，也就是我们所说的最简化的情况，那么它就永远不适用于中微子
" 即使在这种最简单的情况下，精确的建模也是至关重要的，因为来自电子-原子核相互作用的原始数据通常在不到一半的时间内重建为正确的入射电子束能量
一个好的模型可以解释这种影响并修正数据
然而，当GENIE被用来建模这些数据事件时，它的表现甚至更差
“这可以偏置中微子振荡的结果
我们的模拟必须能够用已知的电子束能量复制我们的电子数据，然后我们才能相信它们在中微子实验中是准确的，”帕帕多普洛说
哈恰特良同意了
Khachatryan说:“结果实际上是指出这些能量重建方法和模型的某些方面需要改进。”
“这也为未来的实验展示了实现这一目标的途径
" 这项研究的下一步是测试中微子研究人员感兴趣的特定目标原子核，以及更宽光谱的入射电子能量
有了这些直接比较的具体结果，将有助于中微子研究人员微调他们的模型
据研究团队称，目标是在数据和模型之间达成广泛一致，这将有助于确保DUNE和Hyper-Kamiokande能够实现预期的高精度结果
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
