Більш вичерпний пошук стерильних нейтрино виходить порожнім

Фізики частинок вже кілька десятиліть шукають так званих “стерильних нейтрино”. Вони є гіпотезованою частинкою, яка мала б крихітну масу, як три відомі нейтрино, але не взаємодіє слабкою силою чи будь -якою іншою стандартною силою моделі, лише через гравітаційні взаємодії.

Її існування – або їх існування – вирішить деякі аномалії, що спостерігаються в експериментах з нейтрино, допомагають відповісти на питання, що перевищують стандартну модель фізики частинок, і, якщо достатньо масивна, може пояснити холодну темну речовину або теплу темну речовину.

Але стерильні нейтрино не спостерігалися в жодних експериментах з частинками, незважаючи на багато спроб. Тепер експеримент з Icecube Collaboration використовував 10,7 років даних з їх детектора поблизу станції Південного полюса Амундсен-Скотта, щоб знизити ймовірність того, що щонайменше одного стерильного нейтрино не існує. Їх папір з’являється в Листи фізичного огляду.

“За допомогою Icecube ми просунули пошук четвертого типу нейтрино, стерильного нейтрино”, – сказав Альфонсо Гарсія Сото, дослідник Інституто де -фівики (IFIC) в Іспанії, провідного аналіцера групи. “Ця робота була можлива через вдосконалені моделі наших даних та штучного інтелекту”.

Самі нейтрино все ще є значною мірою загадковими частинками. Троє відомі, що надходять у трьох ароматах Lepton – електронний нейтрино, нейтрино Муона та нейтрино Тау – незаряджені, віджимають ½, і, як відомо, масивні, їх індивідуальні маси залишаються невизначеними. Вони, як відомо, коливають аромати, коли вони подорожують, від одного аромату Лептона до іншого. Вони взаємодіють лише через слабку силу, і тому що вони не є безмасштабними, також застосовують мізерну гравітаційну силу.

Icecube – це обсерваторія нейтрино поблизу південного полюса, що займає кубічний кілометр під землею, який виявляє нейтрино, вироблені зіткненнями космічних променів (в основному протонів) у верхній атмосфері. Вісімдесят шість отворів були просвердлені в надзвичайно прозорому антарктичному льоду на глибині 2,5 км, що містить 5160 датчиків, відомих як цифрові оптичні модулі (DOM), що містять трубки фотомультиплієри.

Вони занурюються в отвори від 1450 м до 2450 м, 125 метрів один від одного. Більш щільна конфігурація в центрі детектора дозволяє виявити енергію нейтрино від 10 до 100 GEV, що дозволяє фізикам вивчати коливання нейтрино. Icecube – найбільша обсерваторія нейтрино у світі, а також найбільший детектор частинок земної кулі.

Коли атмосферний нейтрино взаємодіє з льодом всередині детектора, він створює злив інших частинок, таких як мюони, важча версія електрона. Ці вторинні частинки рухаються майже зі швидкістю світла і швидше, ніж швидкість світла в льоду, тому вони випромінюють випромінювання Серенкова.

Це світло розпочне багато детекторів всередині масиву, а реконструкція моделей сигнальних DOM може визначити напрямок та енергію частинки. Оскільки атмосферні муни також виробляються космічними променями, Icecube усуває їх, лише дивлячись на вперше доріжки у своєму детекторі, який виводить мюони, що входять з верхньої частини Землі.

Якщо принаймні четвертий аромат нейтрино існує, він не матиме прямої взаємодії з льодом, тому неможливо виявити через традиційні канали IceCube. Але стерильний нейтрино все одно залишатиме непрямий (і вимірюваний) сигнал, якщо нейтрино зможе коливатися в (“змішувати”) стерильний нейтрино і зникнути в детекторі, або якщо зникнення або зазор спостерігається, якщо стерильний нейтрино може коливатися в один із трьох стандартних нейтрино.

Icecube опублікував низку досліджень протягом багатьох років, як і інші групи, такі як Microboone, але всі не показують свідчень стерильних нейтрино.

На початку цього року співпраця Icecube знову не виявила стерильних нейтрино, використовуючи 7,5 років даних із внутрішнього детектора Icecube, відомого як Deepcore, результат, сумісний з відсутністю будь -якого змішування між активними та стерильними станами нейтрино. Найкраща точка відповідала стандартній гіпотезі про три нейтрино (мається на увазі стерильний нейтрино) при р-значенні 8%.

У їх найбільш всебічному пошуку група зараз розглянула 10,7 років даних, збільшуючи верхній діапазон енергій нейтрино Муона від 10 TEV до 100 TEV. Вони також включили значні поліпшення моделювання потоку нейтрино та реакції детектора порівняно з попередніми дослідженнями. Їх результати знову узгоджуються з відсутністю стерильного нейтрино, але зараз з меншою ймовірністю 3,1%.

“Просування цього пошуку стало можливим через міжнародні зусилля Icecube співпраці в експлуатації детектора, підготовці даних та використання даних для вивчення фізики нейтрино”, – сказав Ігнасіо Табоада з прес -секретаря технології Грузії в США та Icecube.

У цьому документі є 420 авторів з 58 установ з 14 країн.

© 2024 Science X Network