Mengoreksi ketidakadilan, fisikawan nuklir meningkatkan validitas penelitian neutrino

Bagian dari Array Spektroskopi Bertanggal Oak Ridge di Universitas Notre Dame mengukur respons yang menghasilkan derau pada beberapa detektor neutrino. Kredit: Michael Fabrero / ORNL, Departemen Energi AS

Sebuah studi baru yang dipimpin oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi telah mengklarifikasi pentingnya sebagian besar kontributor sinyal latar belakang yang tidak diinginkan dalam detektor khusus neutrino. Fitur latar belakang yang lebih baik adalah bahwa mereka dapat meningkatkan eksperimen saat ini dan di masa depan untuk mendeteksi sinyal nyata guna memahami peran alam semesta dari partikel subotomik netral yang berinteraksi secara lemah dan elektrik.

“Kami mengidentifikasi respons dengan perbedaan yang signifikan antara pengukuran baru kami dan data historis,” kata penulis utama studi yang diterbitkan oleh Michael Fabraboro dari ORNL. Surat ulasan fisik Yang menyajikan ukuran respons yang lebih baik. “Ini salah satu tanggapan tertua yang dipelajari dan kami masih menemukan hal-hal baru tentangnya.”

Pengukuran tahun 2005 yang lama, yang digunakan sebagai standar referensi, dianalisis secara tidak benar. Ini dianggap sebagai keadaan terestrial dari partikel saja, daripada spektrum keadaan terestrial dan tereksitasi. Pengukuran baru menggunakan array detektor berdasarkan spektrum neutron dan sinar sekunder, dianggap sebagai keseluruhan spektrum energi sudut.

Fabrobro, yang menyusun eksperimen dan membuat penemuan, melakukan pengukuran bersama Richard de Boer dari Universitas Notre Dame dan Steven Payne dari ONNL. Rekan penulis lainnya mewakili Universitas Surrey; Universitas Michigan, Ann Arbor; Universitas Tennessee, Knoxville; Dan Universitas Rutgers

Fisikawan nuklir ini tidak siap untuk mempelajari sifat-sifat neutrino; Mereka biasanya prihatin dengan inti inti dan interaksinya. Akan tetapi, dalam kasus sains, penemuan di satu wilayah sering kali memiliki pengaruh besar di wilayah lain.

Reaksi nuklir yang terkenal mengubah karbon-13 menjadi oksigen-16 dan neutron. Reaksi yang sama di latar belakang adalah kontributor utama eksperimen yang mengukur neutrino, apakah mereka berasal dari matahari, atmosfer, akselerator, reaktor nuklir, atau inti bumi.

Untuk menghitung latar belakang detektor secara akurat seperti Kamioka Liquid Syntiliter Antinutrino Detector atau Comland di Jepang, perlu diketahui kecepatan reaksi tersebut dengan baik. Dengan menggunakan Akselerator Universitas Notre Dame, para peneliti menembakkan partikel alfa (yaitu inti helium-4) untuk membentuk oksigen-17 pada target karbon-13, yang meluruh menjadi oksigen-16 dan neutron. Para peneliti mengukur probabilitas “penampang melintang” atau reaksi yang terjadi yang sebanding dengan tingkat produksi neutron.

“Kami telah melihat bahwa kumpulan data di dunia saat ini agak salah, karena tidak memperhitungkan saluran responsif lainnya,” kata Fabrobro. “Kami memiliki jenis detektor khusus yang dapat membedakan energi neutron dan teknologi asli yang memungkinkan pengukuran ini dapat dilakukan.”

Detektor neutrino perlu diperbesar untuk memperkuat sinyal yang lemah. Comland diisi dengan sintilator berbasis hidrokarbon, minyak yang berkomunikasi dengan neutrino dan memancarkan cahaya. Kilau ini memudahkan untuk mengenali dan menghitung neutrino yang sulit dipahami. Produk korosif Radon, bagaimanapun, bergabung dengan gas radioaktif alami, karbon-13, untuk membentuk isotop karbon langka, oksigen-16, dan neutron yang ada di syntilizer yang meniru sinyal dari neutrino.

Comland memiliki berat sekitar seribu ton. Jadi, meskipun Karbon-13 hanya mengandung 1,1% dari semua karbon, di Commonland mengandung 10 ton. Putrinya memasuki detektor radon dan memutuskan untuk memiliki kekuatan yang berbeda dalam komponennya. Partikel alfa yang dihasilkan oleh peluruhan ini berinteraksi dengan karbon-13, menciptakan latar belakang yang memperkuat sinyal neutrino. “Ini adalah sumber utama latar belakang eksperimen ini,” kata Fabrobro.

Pengukuran referensi reaksi sebelumnya mengukur nukleus hanya pada tingkat energi atau kondisi dasar terendah. Akan tetapi, inti atom berada pada tingkat energi yang lebih tinggi, yang disebut keadaan tereksitasi. Tingkat energi yang berbeda mempengaruhi kemungkinan bahwa reaksi akan mengambil jalur tertentu.

“Kami memiliki presisi dan Ketepatan Besaran pengukurannya menggunakan setup yang sensitif terhadap spektrum gaya neutron, ”kata Fabraboro.

Komunitas ilmiah global menggunakan database nuklir terevaluasi yang terintegrasi dengan pengukuran referensi peer-review yang diproduksi oleh para ahli. Untuk memperkirakan latar belakang Kamland, fisikawan Kamland menggambar ukuran referensi tahun 2005 yang dibuat oleh fisikawan nuklir dari perpustakaan data nuklir Jepang, salah satunya adalah Database. Mereka berasumsi bahwa pengukuran itu akurat dan memasukkannya ke dalam perhitungan mereka.

“Tidak benar bahwa negara yang bersemangat tidak mempertimbangkannya,” kata Fabraboro. “Termasuk keadaan tereksitasi tidak hanya mengubah penyebab latar belakang perintah, tetapi juga mempengaruhi banyak aspek sinyal neutrino.”

Fisikawan ORNL Kelly Chips, yang membantu menganalisis data dan menjelaskan hasilnya dengan rekan ORNL-nya Michael Smith, setuju.

“Latar belakang adalah sesuatu yang harus Anda pahami dengan benar,” ujarnya. “Jika tidak, peristiwa sebenarnya yang Anda lihat mungkin sepenuhnya salah.”

Untuk membedakan latar belakang dari sinyalnya, minta detektor neutrino besar berisi kilau untuk dimasukkan ke dalam bola mata, beri makan cokelat berlapis permen merah atau hijau, dan tanyakan berapa banyak cokelat merah yang sudah Anda makan.

“Masalahnya, semua permen memiliki rasa yang sama,” kata Chips. “Untuk menentukan berapa banyak permen merah yang Anda makan, Anda dapat menghitung jumlah permen dan bertanya kepada pembuat cokelat berapa permen merah yang biasanya ada di dalam kantong.”

Mengetahui rasio ini memungkinkan Anda memperkirakan jumlah permen, data referensi dalam basis data atom yang dinilai memungkinkan ilmuwan memperkirakan jumlah neutrino.

“Ternyata tes kami mendapatkan jawaban yang berbeda dari rasio ‘pembuat permen’ yang seharusnya.” “Ini bukan karena pabrikan memberikan jawaban yang salah; Ini karena mesin yang mereka pilih diprogram dengan nilai yang salah. “

Tingkat produksi neutron baru yang ditemukan oleh Fabrobro dan rekan-rekannya dalam fisika nuklir sekarang dapat digunakan untuk mengurangi latar belakang dengan presisi dan akurasi yang lebih baik di Commonland dan eksperimen neutrino berbasis liquid-syntilizer lainnya.

Sejak pengukuran baru ini, tim Fabrobro telah menyewa detektor khusus untuk mengukur reaksi serupa. Mereka menemukan perbedaan dalam laju produksi neutron untuk setengah lusin isotop. “Perhitungan di area massa ini tidak terlalu bisa diandalkan,” katanya.

Referensi: “Baru 13C (α, n)16Dan implikasi penampang untuk pencampuran neutrino dan pengukuran geonutrino, termasuk “M. Fabrero, R.J. Deboyer, S. D. Payne, R. Tummy, F. D. Bechchetti, A. Boletzig, Y. Chen, K.A. S. Lyons, Katie McCann, L. Morels, W.A. Peters, D. Robertson, B.C. Rasco, K. Smith, C. Seymour, G. Seymour, MS Smith, E. Stitch, B. Vande Kolk dan M. Weisser, 7 Agustus 2020. Surat ulasan fisik.
DOI: 10.1103 / Fitzgerald 1255.06262501

Pengembangan detektor didukung oleh DOH Office of Science. Pengukuran dilakukan di Laboratorium Ilmu Nuklir Bendungan Natar, didukung oleh National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.