Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z mezinárodní spolupráce MINERvA použili ve Fermilabu svazek neutrin ke zkoumání struktury protonu. Vzniká tak nová technika umožňující nahlédnout do atomového jádra. Jak uvádí první autor článku Tejin Cai (York University, dříve University of Rochester), výsledkem by mohly být nové informace jak o velikosti, tak i o tvaru protonu.
Stávající metody analýzy atomového jádra jsou založeny na jeho bombardování vysokoenergetickými částicemi. První měření velikosti protonů pomocí svazku elektronů bylo provedeno na urychlovači Stanfordovy univerzity už v 50. letech. Měření pomocí neutrin nemá být přesnější, ale je jiné – dává doplňující „jiný obraz“ o protonu, protože ten s neutriny interaguje specifickým způsobem. Autoři výzkumu dále uvádějí, že se snažili rozlišit efekty spojené s rozptylem neutrin na samotných protonech od efektů při rozptylu neutrin na atomových jádrech. Problém s tím, jak neutrina z experimentů vůbec zachytit, vědci zmírnili tím, že jako detektor neutrin použili terčík z atomů vodíku a uhlíku. Terč z čistého vodíku, který se používá při měření protonů pomocí elektronů, by neměl dostatečnou hustotu, aby neutrina mohla s atomy interagovat. Urychlovač ve Fermilabu dokáže fungovat jako aktuálně vůbec nejsilnější (pozemský) zdroj vysokoenergetických neutrin.
Autoři výzkumu stříleli paprskem neutrin na příslušný terč téměř 9 let a po celou dobu odečítali data. Pomocí speciální triků dokázali data očistit od „šumu“, tedy té části signálu, za kterou odpovídaly atomy uhlíku. Získané výsledky mají být důležité i pro předpovídání interakcí neutrin v dalších experimentech, které se snaží měřit vlastnosti těchto částic (např. Deep Underground Neutrino Experiment – DUNE Imaging Cosmic And Rare Underground Signals – ICARUS).
Tejin Cai, Measurement of the axial vector form factor from antineutrino-proton scattering, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05478-3. www.nature.com/articles/s41586-022-05478-3
Zdroj: University of Rochester / Phys.org
Poznámka: MINERvA (Main Injector Neutrino ExpeRiment to study v-A interactions) je projekt pro měření interakcí neutrin na různých jádrech v rozsahu energií 1 až 10 GeV.
Jak interagují neutrina s protonem? Gravitačně? Slabě? Nerozumím tomu. Musel jich být obrovský počet, aby vůbec k nějakému ovlivnění došlo.
Pokud vezmeme proton o hmotnosti cca 1,67.10^-27 kg je na jeho „poloměru“ 0,5.10^-15 m gravitační zrychlení přibližně 4,5.10^-7 m/s². Tam už se dá za těch 9 let něco naměřit, z lehce rozmazané trajektorie neutrina.
Z Einsteinova vzorce pro ohyb světla v gravitačním poli Slunce platí vzorec pro úhlovou odchylku fotonu α=4.G.M/(c².r) kde G-Newtonova gravitační konstanta, M-hmotnost protonu, c-rychlost světla, r-poloměr protonu. Vše v základních jednotkách, úhel α vyjde v radiánech. Pokud bude hmotnost neutrina 1 GeV můžeme použít Einsteinův vzorec pro odchylku neutrina v newtonovské aproximaci tj. α=2.G.M/(c².r), zakřivení prostoru protonem zanedbáme, působí zde jen skalární potenciál. Po nepříliš složitém výpočtu nám vyjde, že odchylka neutrina dosáhne rozměru atomu po uražení dráhy L=2.10²⁸ m. Pozorovatelný Vesmír má poloměr asi 13,77.10⁹ ly to je 13,77.10⁹.9,46.10¹⁵=1,3.10²⁶ m. To je celé nějaké nakřivo. L>poloměr Vesmíru. Možná s něčím nepočítám, ale uvedené metodě nevěřím.
Exaktně: Z Einsteinova vzorce pro ohyb světla v gravitačním poli Slunce platí vzorec pro úhlovou odchylku fotonu α=4.G.M/(c².r) kde G-Newtonova gravitační konstanta, M-hmotnost protonu, c-rychlost světla, r-poloměr protonu. Vše v základních jednotkách, úhel α vyjde v radiánech. Pokud bude hmotnost neutrina 1 GeV můžeme použít Einsteinův vzorec pro odchylku neutrina α=4.G.M/(c².r). Po nepříliš složitém výpočtu nám vyjde, že odchylka neutrina dosáhne rozměru atomu po uražení dráhy L=1.10²⁸ m. Pozorovatelný Vesmír má poloměr asi 13,77.10⁹ ly to je 13,77.10⁹.9,46.10¹⁵=1,3.10²⁶ m. To je celé nějaké nakřivo. L>poloměr Vesmíru. Možná s něčím nepočítám, ale uvedené metodě nevěřím.
neutrina s atomovymi jadry interaguji, na tom je zalozena i jejich detekce, neutrino pri zasahu muze premenit neutron na proton…