雷达和冰可以帮助探测穿过物质的神秘亚原子粒子

时间:2020-04-06 18:40 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

雷达和冰可以帮助探测穿过物质的神秘亚原子粒子

科学家们创造了新的实验来寻找中微子。

最近天体物理学中最大的谜团之一是一种被称为中微子的微小亚原子粒子,它小到可以穿过物质。大气,我们的身体,甚至地球没有检测。

几十年来,世界各地的物理学家一直在尝试探测中微子。中微子一直在轰击我们的星球,它比任何已知的亚原子粒子都要轻。科学家们希望通过捕获中微子,他们可以研究中微子,并有希望了解它们的来源和作用。

但是,现有的尝试往往代价高昂,而且会错过来自太空最远距离的一整类高能中微子。

一项发表在2020年3月6日《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的新研究首次表明,可以利用雷达回波探测到这类中微子的实验。

这些中微子是我们无法理解的基本粒子。这项研究的主要作者、俄亥俄州立大学宇宙学和天体粒子物理中心的研究员史蒂文·普罗希拉(Steven Prohira)说。高能中微子可以告诉我们宇宙中大部分我们无法通过其他任何方式获取的信息。我们需要找出研究它们的方法,这就是这个实验的目的。

这项研究依赖于一种被称为级联的现象。科学家们认为中微子几乎以光速穿过地球。当你读这篇文章的时候,数十亿的灵魂正从你身边经过。

高能中微子更容易与原子相撞。这些碰撞会引起带电粒子的级联。就像一个巨大的浪花;Prohira说。这些级联很重要:如果研究人员能探测到级联,他们就能探测到中微子。高能中微子是如此罕见,以至于科学家到目前为止还无法探测到它们。

科学家们发现,探测中微子的最佳地点是在遥远的大冰原上:在南极洲进行的中微子实验持续时间最长、最成功。但到目前为止,这些实验还未能探测到能量更高的中微子。

这就是普罗海拉的研究成果发挥作用的地方:他的团队在实验室中证明,当中微子撞击原子时所产生的级联反应是有可能被探测到的。

在这项研究中,他们去了位于加利福尼亚的SLAC国家加速器实验室,建立了一个4米长的塑料靶来模拟南极洲的冰,然后用10亿个电子挤在一堆模拟中微子的微小粒子中来轰击这个靶。(普罗希拉说,电子束的总能量与高能中微子的总能量相当。)然后他们向塑料目标发射无线电波,看这些电波是否真的能探测到级联。他们所做的。

普罗希拉说,下一步是把实验带到南极洲,看看它是否能探测到大量遥远冰层上的中微子。

他说,无线电波是目前已知的探测中微子的最便宜的技术,这也是为什么它如此令人兴奋的部分原因。Prohira说,无线电波已经被用于寻找最高能量的中微子大约20年了。这种雷达技术可以成为希望研究超高能中微子的科学家的无线电波工具箱中的又一个工具。

对中微子有更多的了解可以帮助我们更多地了解我们的星系和宇宙的其他部分。

中微子是唯一已知的沿直线运动的粒子。他们径直穿过事物,保持原样。他说。没有任何其他粒子会这样做:光会被阻挡。其他带电粒子在磁场中发生偏转。

当一个中微子在宇宙的某个地方被创造出来时,它会沿着一条直线行进,不会改变。

它直接指向产生它的事物;Prohira说。因此,这是我们识别和了解宇宙中这些极其活跃的过程的一种方法。

参考文献:高能粒子级联雷达回波观测作者:S. Prohira, K. D。de Vries, P. Allison, J. Beatty, D. Besson, A. Connolly, N. van Eijndhoven, C. had, C.- y。郭,你.  A。拉蒂夫,米列斯,纳姆,诺兹德里纳,J. P。拉尔斯顿,Z.里森,C.斯布罗科,J.托雷斯和S.威塞尔,2020年3月6日,《物理评论快报》。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.091101

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