太好了，最新研究發(fā)現(xiàn)：你也可以和中微子一起玩臺球，非常美妙！

2020-07-24 18:25 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

很難相信你可以和中微子一起玩臺球，某些中微子相互作用事件比你想象的更接近游戲。在這些帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用(簡稱CCQE相互作用)中，中微子撞擊原子核中的粒子（質(zhì)子或中子）。

兩個粒子從碰撞中出來，其中一個是μ介子，它是電子的一個較重的表親，另一個是質(zhì)子(如果靜止粒子是中子)或中子(如果靜止粒子是質(zhì)子)。

這些準(zhǔn)彈性反應(yīng)產(chǎn)生的中微子相互作用，就像臺球游戲中球之間的碰撞：只要你知道最初參與相互作用的所有四個粒子類型和中微子的原始方向，你就可以通過測量其中一個傳出粒子的方向和能量來猜測傳入中微子的能量。帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用是當(dāng)前和未來中微子振蕩實(shí)驗(yàn)中，一種重要的中微子相互作用模式，如費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主持的國際深部地下中微子實(shí)驗(yàn)。

它們類似于每個臺球玩家都知道的彈性相互作用，除了一個重要的方面：弱核力允許粒子從一種變成另一種，因此有了“準(zhǔn)彈性”的名字。在這個亞原子臺球游戲中，主球(中微子)擊中一個靜止的紅色球(質(zhì)子)，它從碰撞中出現(xiàn)為橙色的球(中子)。由于大多數(shù)現(xiàn)代中微子實(shí)驗(yàn)，使用的是由從碳到氬的重核組成的目標(biāo)，核效應(yīng)以及核內(nèi)中子和質(zhì)子之間的關(guān)聯(lián)，可能會導(dǎo)致觀測到的相互作用率發(fā)生重大變化，并對估計(jì)的中微子能量進(jìn)行修正。

科學(xué)家們通過粒子探測器中留下的一條長長μ子軌跡，以及潛在的一個或多個質(zhì)子軌跡來識別帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用。然而，由于靶核內(nèi)的核效應(yīng)，這種實(shí)驗(yàn)特征有時可以由非帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用產(chǎn)生。類似地，核效應(yīng)也可以改變終態(tài)粒子，使帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用事件看起來像，反之亦然。由于核效應(yīng)可能使識別真正的帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用事件具有挑戰(zhàn)性，Minerva僅根據(jù)終態(tài)粒子的屬性報告測量結(jié)果。

并將其稱為類似帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用的事件（因?yàn)樗鼈儗⑼瑫r來自真實(shí)的帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用事件和非帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用事件）。類帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用事件是指至少有一個出射μ子，任意數(shù)量的質(zhì)子或中子，沒有介子作為末態(tài)粒子的事件（介子和質(zhì)子、中子一樣，都是由夸克組成；質(zhì)子和中子有三個夸克；介子有兩個夸克）。

研究使用費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室中能中微子束測量了類似帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用中微子相互作用的可能性，中微子通量在6GeV達(dá)到峰值。與Minerva早期使用低能束（3GeV峰值中微子通量）進(jìn)行的測量相比，此測量具有能量覆蓋范圍更廣和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)更大的優(yōu)勢：

1318540個類似帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用的事件，而在早期的低能運(yùn)行中，只有109275個事件。研究人員把這些帶電-電流準(zhǔn)彈性相互作用概率測量，作為中微子轉(zhuǎn)移到原子核的動量平方的函數(shù)，科學(xué)家們稱之為Q2。

該曲線圖顯示了低Q2和高Q2地區(qū)的數(shù)據(jù)與大多數(shù)預(yù)測之間的差異。通過將測量結(jié)果與各種模型進(jìn)行比較，科學(xué)家們可以對其進(jìn)行改進(jìn)，更好地解釋核環(huán)境中的物理現(xiàn)象。研究還根據(jù)發(fā)出的μ子動量，對中微子相互作用的概率進(jìn)行了更詳細(xì)測量。它們既考慮了μ子在入射中微子軌跡方向上的動量，也考慮了μ子在垂直于其軌跡方向上的動量，這項(xiàng)研究有助于當(dāng)前和未來中微子實(shí)驗(yàn)理解在廣泛μ子運(yùn)動學(xué)上的數(shù)據(jù)。