Resultados de experimentos subterrâneos profundos confirmam anomalia: possível nova física fundamental

Neutrinos estéreis, Fundamentos da física entre explicações de resultados anômalos.

As novas descobertas científicas confirmam uma anomalia observada em experimentos anteriores, que podem apontar para uma nova partícula elementar ainda não confirmada, o neutrino estéril, ou apontar para a necessidade de uma nova explicação para um aspecto de Física do modelo padrão, como a seção transversal de neutrinos, que foi medida pela primeira vez há 60 anos. O Los Alamos National Laboratory é a principal instituição norte-americana que colabora no Baksan Experiment on Sterile Transformations (BEST), cujos resultados foram publicados recentemente em revistas. Cartas de Revisão Física E a revisão física c.

“Os resultados são muito empolgantes”, disse Steve Elliott, analista sênior de uma das equipes que avaliam os dados e membro do departamento de física de Los Alamos. “Isso certamente reconfirma as anomalias que vimos em experimentos anteriores. Mas o que isso significa não está claro. Agora existem resultados conflitantes sobre neutrinos estéreis. Se os resultados indicarem um mal-entendido sobre física nuclear ou atômica básica, isso também seria interessante.” Outros membros da equipe de Los Alamos incluem Ralph Masarczyk e Enuk Kim.

Localizado no subsolo do Observatório de Baksan Neutrino, nas montanhas do Cáucaso, na Rússia, o alvo completo de duas regiões de gálio, à esquerda, contém um reservatório interno e um externo de gálio, que é irradiado por uma fonte de neutrinos de elétron. Crédito: AA Shikhin

Mais de uma milha subterrânea no Observatório de Neutrino Baksan nas montanhas russas do Cáucaso 26 discos radioativos de cromo 51, um isótopo radioativo artificial de cromo e uma fonte de 3,4 megapicurie de neutrinos de elétrons, são mais bem usados ​​para radiação de tanque interno e externo de gálio, material macio , metal prateado Também em experimentos anteriores, embora anteriormente fosse usado em um único tanque. A reação entre os neutrinos do elétron de cromo 51 e gálio produz o isótopo germânio 71.

A taxa de produção medida de germânio-71 foi 20-24% menor do que o esperado com base na modelagem teórica. Essa discrepância é consistente com anomalias observadas em experimentos anteriores.

O BEST é baseado no experimento de neutrinos solares, o Experimento Soviético-Americano de Gálio (SAGE), para o qual o Laboratório Nacional de Los Alamos foi um dos principais contribuintes, começando no final da década de 1980. Esse experimento também usou fontes de gálio e neutrinos de alta densidade. Os resultados desse experimento e outros indicaram um déficit em neutrinos de elétrons – uma discrepância entre os resultados esperados e reais que veio a ser conhecido como “anomalia do gálio”. A explicação para o déficit pode ser a evidência de oscilações entre neutrinos de elétrons e estados de neutrinos estéreis.

Uma matriz de 26 discos radioativos de cromo-51 é a fonte dos neutrinos de elétrons que interagem com o gálio e produzem germânio-71 em taxas que podem ser medidas em relação às taxas esperadas. Crédito: AA Shikhin

A mesma anomalia foi repetida no melhor experimento. Possíveis explicações novamente incluem oscilação em um neutrino estéril. Uma partícula hipotética pode constituir uma parte significativa da matéria escura, uma possível forma de matéria que se acredita constituir a grande maioria do universo físico. Essa interpretação pode precisar de mais testes, porque a medição para cada tanque foi quase a mesma, embora menos do que o esperado.

Outras explicações para a anomalia incluem a possibilidade de haver um mal-entendido na entrada teórica do experimento – que a própria física requer reformulação. Elliott aponta que a seção transversal do neutrino do elétron não foi previamente medida nessas energias. Por exemplo, a entrada teórica para a medida da seção transversal, que é difícil de confirmar, é a densidade eletrônica no núcleo atômico.

A metodologia do experimento foi cuidadosamente revisada para garantir que não ocorressem erros em aspectos da pesquisa, como posicionamento da fonte de radiação ou operações do sistema de contagem. As iterações futuras do experimento, se realizadas, podem incluir uma fonte de radiação diferente com maior energia, meia-vida mais longa e sensibilidade a comprimentos de onda de oscilação mais curtos.

Referências:

“Resultados do experimento de Baksan em transformações estéreis (melhores)” por V.V. Barinov et al., 9 de junho de 2022, disponível aqui. Cartas de Revisão Física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.232501

“Procurando por transições elétron-neutrino para estados estéreis no melhor experimento” Por V. V. Barinov et al., 9 de junho de 2022, Disponível aqui. revisão física c.
DOI: 10.1103/PhysRevC.105.065502

Financiamento: Departamento de Energia, Escritório de Ciência, Escritório de Física Nuclear.