MINROS +- och Daya Bay -neutrino -experimenten har kombinerat resultat för att ge det strängaste testet hittills för förekomsten av sterila neutrinoer. I MINOS+ -experimentet, Fermilab -acceleratorer skickade en stråle av muonneutriner genom en detektor som ligger på Fermilab -platsen. Strålen reste 450 miles under jorden till en fjärrdetektor, bilden här, i norra Minnesota. Upphovsman:Reidar Hahn, Fermilab
En internationell grupp med mer än 260 forskare har tagit fram ett av de strängaste testerna för förekomsten av sterila neutrinoer hittills. Forskarna från två stora internationella experimentgrupper, MINOS+ vid Department of Energy's Fermilab och Daya Bay i Kina, rapporterar resultat i Fysiska granskningsbrev utesluter oscillationer till en steril neutrino som den främsta förklaringen till oväntade observationer från senaste experiment.
MINOS+ studerar försvinnandet av muonneutriner som produceras av en Fermilab -accelerator och sprider sig till en underjordisk detektor i norra Minnesota 735 kilometer bort. Daya Bay använder åtta identiskt designade detektorer för att exakt mäta hur elektronneutriner som avges av sex kärnreaktorer i Kina "försvinner" när de förvandlas till andra typer.
Neutrinos är elementära partiklar som, som elektroner, kan inte delas upp i mindre komponenter. De är till skillnad från någon annan partikel som är känd för att de kan tränga igenom extremt stora mängder materia utan att stanna. Om en neutrino skjuts från jordens yta mot dess centrum, det är en mycket stor sannolikhet att den kommer att visas intakt på andra sidan.
Det finns tre kända typer av neutrinoer:elektron, muon och tau. För ungefär två decennier sedan, forskare fann att de kan förvandlas från en typ till en annan genom ett fenomen som kallas "neutrinooscillation, "en upptäckt som tilldelades Nobelpriset i fysik 2015. en neutrino skapad som en elektrontyp som reser genom rymden kan senare identifieras som en muontyp eller tau -typ.
Även om de allra flesta ackumulerade data hittills kan förklaras av tre kända neutrinoer, några experiment har rapporterat avvikande observationer som tyder på förekomsten av ytterligare typer. Bland dessa finns LSND -experimentet vid Los Alamos National Laboratory och MiniBooNE -experimentet på Fermilab. Båda exponerade sina detektorer för en stråle av muonneutriner och rapporterade ett överskott av elektronneutrino -kandidathändelser utöver vad som kan förväntas av svängningar som endast involverar de tre kända typerna av neutrino, men möjligen försonlig om en ny typ av neutrino - en steril neutrino - var inblandad. Sterila neutriner skulle inte kunna detekteras direkt, men deras svängning med de tre kända neutrinerna skulle ge en unik väg för att fastställa deras existens.
Dock, de nya resultaten från Daya Bay och MINOS+ ifrågasätter denna möjlighet som en förklaring till LSND- och MiniBooNE -resultat.
Daya Bay neutrino -detektorväggarna är fodrade med fotomultiplikatorrör. Rören är utformade för att förstärka och registrera de svaga ljusblixtarna som betyder en antineutrino -interaktion. Upphovsman:Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory
"Insatserna är höga; om denna lockande tolkning av de avvikande resultaten bekräftades, en revolution inom fysiken skulle inträffa. Sterila neutrinoer skulle bli de första partiklarna som hittades utanför standardmodellen, vår nuvarande bästa teori om elementära partiklar och deras interaktioner. De kan också vara en kandidat för mörk materia och kan få viktiga konsekvenser inom kosmologi, "sade forskaren Daya Bay Pedro Ochoa-Ricoux, docent i fysik och astronomi vid UC Irvine.
"Detta nära samarbete mellan MINOS+ och Daya Bay-forskare möjliggjorde kombinationen av två kompletterande världsledande begränsningar för muonneutriner och elektronantineutriner som försvann till sterila neutriner, "sa Alexandre Sousa, docent i fysik vid University of Cincinnati och en av MINOS+ -forskarna som arbetade med analysen. Båda partiklarnas försvinnande måste inträffa om elektron (anti) neutriner ska visas i en muon (anti) neutrino -källa via sterila svängningar med en enda steril neutrino. "Så det kombinerade resultatet är en mycket kraftfull sond av de sterila neutrino -tips som vi har hittills."
Neutrino -försvinningsmätningarna av MINOS+ och Daya Bay är nu så exakta att de i princip utesluter att förklara de kombinerade avvikande observationerna från LSND, MiniBooNE och andra experiment enbart genom sterila neutrinooscillationer, enligt Ochoa-Ricoux.
"Vi hade alla varit helt glada över att hitta bevis för sterila neutrinoer, men data vi hittills har samlat in stöder inte någon form av oscillation med dessa exotiska partiklar, " han sa.
Den kombinerade analys som rapporterats av Daya Bay och MINOS+ utesluter inte bara den specifika typen av steril neutrinooscillation som skulle förklara de avvikande resultaten utan letade också efter andra sterila neutrinosignaturer med aldrig tidigare uppnådd känslighet, vilket ger några av de strängaste gränserna för förekomsten av dessa svårfångade partiklar hittills.
"De två experimenten använder flera detektorer med väl förstådda osäkerheter och har samlat ett oöverträffat stort antal händelser. Att kräva överensstämmelse mellan datamängderna för de två experimenten ger ett mycket noggrant test av steril neutrino-existens, "sade MINOS+ talespersoner, Jenny Thomas, professor vid University College London, och Karol Lang professor vid University of Texas i Austin.
"Denna gemensamma insats hanterar mycket effektivt ett grundläggande problem inom fysik, "sade Daya Bay-talespersonerna Kam-Biu Luk från Lawrence Berkeley National Laboratory och UC Berkeley och Jun Cao från Institute of High Energy Physics i Peking." Medan det fortfarande finns utrymme för en steril neutrino som lurar i skuggan, vi har minskat det tillgängliga gömstället avsevärt. "
