Цей кишеньковий детектор виявив феномен фізики, який ніколи раніше не спостерігався

Jean Lachat/University of Chicago

Співпраця виявила частинки нейтрино, що відскакують від атомних ядер, ніколи раніше не помічене явище, використовуючи настільки маленький детектор, що його можна було переносити вручну і застосовувати до таких функцій, як виявлення ядерної зброї.

Частка Уоллфлауер

Схоже на те, що настрій на жартівливу жарт: «Що сказали фізики, коли побачили, як нейтрино б'є в ядро? Нарешті!»

В дослідженні, опублікованому 3 серпня в Science, дослідники з Національної лабораторії Ок-Рідж (ORNL) і UChicago оголосили, що вони спостерігали явища, які десятиліттями вислизали від фізиків: невловимі частинки нейтрино відскакували від ядра.

Нейтрино довгий час було важко виявити через їх хвацько соромливою природи. На відміну від більшості елементарних частинок вони рідко взаємодіють з іншими частинками. Отже, коли фізик Даніель Фрідман в 1974 році запропонував, щоб вони могли вдаритися з атомних ядер, явище, відоме як когерентне пружне розсіяння нейтрино-ядер (CEvNS), він писав, що «наші пропозиції може бути актом гордості» через те, наскільки складним експериментальним буде підтвердження.

«За що треба було 43 роки, щоб спостерігати це взаємодія?» - запитав Хуан Оллар, співавтор дослідження в галузі науки і професор фізики в UChicago, в прес-релізі. «Те, що відбувається, дуже тонке».

Попередні пошуки нейтрино вирішують проблему, кидаючи на них якомога більше частинок, використовуючи величезні резервуари, побудовані під землею.

Навпаки, співпраця ORNL, відоме як COHERENT, використовувало новий тип детектора розміром з вогнегасник, який спеціально шукав відбиток CEvNS. Коли нейтрино стикається з ядром, ядро злегка відступає від удару і витісняє кілька електронів від їх орбіт навколо ядра і його сусідніх частинок в процесі. <Р> Хуан Воллар, професор фізики в Чиказькому університеті, з прототипом самого маленького в світі нейтринного детектора.

Розмір має значення

Щоб виявити цю віддачу, співпраця COHERENT шукало ідеальний матеріал для взаємодії нейтрино. Вони потребували чимось з ядром Голділокса: важким і нейтронно-щільним. Це показало велику мету для нейтрино, але не настільки важко, що крихітна ядерна віддача стала неможливою. Матеріал також повинен був бути прозорим, щоб фотони, створювані електронами frunaway, могли потрапити в детектор.

Цей досконалий матеріал виявився кристалом йодистого цезію, легованих натрієм, і бомбардували повільно рухаються нейтрино від коллайдера частинок розщеплення нейтронного джерела ORNL.

Використання кристала йодиду цезію дозволило COHERENT створити детектор розміром всього 4 дюйма на 13 дюймів. Цей детектор сам по собі є іншим захоплюючим результатом експерименту: через його переноситься розміру він може дозволити виявлення нейтрино в цілому ряді інших додатків.

Вчені запропонували використовувати малий детектор для контролю нейтронних коливань атомних електростанцій і виявлення нейтрино, що створюються підпільним ядерною зброєю. Його також можна було б використовувати, щоб дізнатися більше про наднових, які вивільняють величезну кількість енергії у вигляді нейтрино і пристосовані для виявлення невловимих частинок, які складають темну матерію.

Для Фрідмана ці результати також показали, що його оригінальна теорія не була так богобоязненна в кінці кінців. «Це справжній трепет, що те, що я передбачив 43 роки тому, було експериментально реалізовано», - сказав Фрідман Science.

Література: Scientific American, EurekAlert, Science