En grupp fysiker, tre med Harvard Universitys institution för fysik och laboratorium för partikelfysik och kosmologi, och den fjärde med University of Liverpool, har hittat bevis som tyder på att ytterligare mätningar av neutriner som genereras i jordens atmosfär kan användas för att avslöja hur de tre typer av neutrinomassor beställs.

I deras artikel publicerad i tidskriften Physical Review X , C. A. Argüelles, I. Martínez-Soler, M. Jin och P Fernández, beskriver hur de genomförde en analys av de förväntade känsligheterna för nuvarande och nära framtida vatten/is-Cherenkov-atmosfäriska neutrinoexperiment som de kan relatera till de tre typerna av neutrinoscillationer.

Josh Spitz, fysiker vid University of Michigan, har publicerat en News &Views-artikel i Nature beskriver det arbete som gjorts av teamet med denna nya insats.

Neutrinos är subatomära partiklar, och det finns tre kända varianter; elektron-neutrino, muon-neutrino och tau-neutrino – dess typ tros vara satt när den skapas. Neutrinos kan skapas på en mängd olika sätt, till exempel under en supernova eller annan större astral händelse. Intressant nog kan de också ändras från en typ till en annan, till exempel när de passerar en planet. En sådan förändring är känd som kvantblandning.

Forskare har studerat neutriner i hopp om att det kommer att hjälpa till att låsa upp några av de stora mysterier som finns kvar i fysiken, såsom gravitationens och mörk materias natur. Som teamet på denna nya ansträngning noterar, skulle utveckling av sätt att mer exakt mäta neutriner leda till en bättre förståelse för hur blandning fungerar. Ett mål är att bestämma massorna av de tre typerna av neutriner.

Fysiker studerar neutriner på en mängd olika sätt, till exempel genom att generera dem med partikelacceleratorkolliderare, genom att observera dem i naturen och genom att studera hur de genereras i jordens atmosfär när kosmiska strålar kolliderar med atmosfäriska atomer. Det är på denna tredje metod som forskargruppen har fokuserat sina ansträngningar.

Nuvarande ansträngningar för att studera sådana neutriner involverar vanligtvis att bygga vatten- eller iskammare med fotodetektorer som är tillräckligt känsliga för att fånga neutriner när de kolliderar med atomer i tanken. Genom att studera ljusmönstret som sänds ut under sådana kollisioner kan forskare fastställa vilken typ av neutrino som är involverad, dess energinivå och hur långt den färdades innan kollisionen inträffade.

Genom att analysera ett stort urval av sådana kollisioner och de data som de hittills har avslöjat, fann forskargruppen att informationen samlar en hastighet som borde göra det möjligt att bestämma massorna av de tre typerna av neutriner till år 2030.

Mer information: C. A. Argüelles et al, Measuring Oscillations with a Million Atmospheric Neutrinos, Physical Review X (2023). DOI:10.1103/PhysRevX.13.041055

Josh Spitz, Neutrino-hemligheter kan avslöjas av jordens atmosfär, Nature (2023). www.nature.com/articles/d41586-023-04085-0

Journalinformation: Natur , Fysisk granskning X

© 2023 Science X Network