Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoek toont aan dat de ATLAS-detector de flux van hoogenergetische supernova-neutrino's kan meten

Muonspectrometer van ATLAS. Krediet:CERN / Science-fotobibliotheek.

Hoogenergetische neutrino's zijn uiterst zeldzame deeltjes die tot nu toe zeer moeilijk te detecteren zijn gebleken. Fluxen van deze zeldzame deeltjes werden voor het eerst gedetecteerd door de IceCube Collaboration in 2013.



Recente artikelen uit Physical Review D en De Astrophysical Journal Letters ontdekte dat nabijgelegen supernova's, vooral galactische supernova's, veelbelovende bronnen van hoogenergetische neutrino's zouden zijn. Dit heeft nieuwe studies geïnspireerd die de mogelijkheid onderzoeken om neutrino's afkomstig uit deze bronnen te detecteren met behulp van grote deeltjesbotsingsdetectoren, zoals de ATLAS-detector op CERN.

Onderzoekers van de Harvard University, University of Nevada en Pennsylvania State University hebben onlangs aangetoond dat de ATLAS-detector de flux van hoogenergetische supernova-neutrino's kan meten. Hun nieuwe artikel, gepubliceerd in Physical Review Letters , zou toekomstige inspanningen kunnen inspireren die gericht zijn op het detecteren van de flux van hoogenergetische neutrino's.

"Carlos A. Argüelles, Ali Kheirandish en ik ontmoetten elkaar op de KITP-workshop in Santa Barbara, en kwamen erachter dat hoogenergetische supernova-neutrino's veelbelovende doelen zijn, niet alleen voor grote neutrinodetectoren, maar ook voor deeltjesfysica-detectoren", zegt Kohta Murase, co -auteur van het artikel, vertelde Phys.org. "Colliderdetectoren zoals ATLAS of LHC kunnen veel beter zijn dan neutrinodetectoren zoals IceCube om de eigenschappen van neutrino's te bestuderen (smaken, antineutrino's, nieuwe natuurkunde enz.)."

Interagerende supernova's. Credit:Kiso Observatorium, Universiteit van Tokio.

De doorsneden van neutrino-nucleonen, de massa van ATLAS en de verwachte flux van neutrino's van een bepaalde supernova als functie van de tijd waren al bekend. Door een integraal deel van deze bekende grootheden samen te beschouwen, konden Murase en zijn collega's het aantal neutrino's schatten dat rechtstreeks zou interageren in de ATLAS-detector.

"We hebben ook rekening gehouden met neutrino's die buiten de detector op de aarde interageren en een muon produceren dat binnen de detector kan worden gedetecteerd", zegt Alex Y. Wen, co-auteur van het artikel. "We gebruikten een software genaamd LeptonInjector, die dergelijke gebeurtenissen modelleerde, rekening houdend met de neutrinoflux, detectorgeometrie, enzovoort. Deze berekeningen gaven ons het geschatte aantal neutrinosignaalgebeurtenissen voor een bepaalde supernova.

"Van daaruit hebben we, op basis van wat we wisten over de hardwaremogelijkheden van ATLAS, laten zien dat het deze signalen los van de achtergrond kon onderscheiden en belangrijke informatie over het neutrino kon achterhalen, zoals de lading en de smaak ervan."

Op basis van hun berekeningen concludeerden Murase, Wen en hun collega's dat zelfs met beperkte statistieken de ATLAS-detector bij de Large Hadron Collider (LHC) van CERN de smaak van neutrino's zou moeten kunnen karakteriseren. Bovendien moet de detector onderscheid kunnen maken tussen neutrino's en antineutrino's.

De tegelcalorimeter in aanbouw, een ijzerdetector in het centrum van ATLAS met een gewicht van bijna 4.000 ton, die dient als een bruikbaar volume voor neutrinodetectie. Krediet:CERN.

"Veel eerdere onderzoeken naar hoogenergetische astrofysische neutrino's waren gebaseerd op detectoren met een groot volume die water of ijs gebruikten (zoals Super-Kamiokande en IceCube), " zei Murase. "Dit werk toont aan dat grote deeltjesdetectoren in botsingsexperimenten, zoals ATLAS en CMS, die een veel betere energie- en hoekresolutie en deeltjesidentificatiemogelijkheden hebben, dienen als unieke astrofysische neutrinodetectoren. Dit is krachtig en complementair aan de conventionele aanpak." /P>

Dit recente artikel benadrukt het potentieel van de ATLAS- en CMS-botsingsdetectoren voor het detecteren van hoogenergetische neutrino's afkomstig van galactische supernova's in de toekomst. In de toekomst zou dit de ATLAS- en CMS-samenwerking kunnen inspireren om zoektochten te initiëren naar galactische supernovae energetische neutrino's, wat mogelijk kan bijdragen aan het verkrijgen van nieuwe inzichten over deze zeldzame deeltjes die slechts over een beperkt aantal neutrino's beschikken.

"Ons werk voegt ATLAS en soortgelijke, dicht geïnstrumenteerde experimenten toe aan een netwerk van experimenten die de hemel in de gaten houden op zoek naar de volgende galactische Supernovae", zegt Carlos Argüelles-Delgado, een andere onderzoeker die bij het onderzoek betrokken is. "Het is heel opwindend voor mij om na te denken over wetenschappers uit een breed scala van experimentele hoge-energiefysica, van MeV tot TeV-energieën, die dit onderzoeken."

Murase, Wen en hun medewerkers zijn van plan deze nieuw geïdentificeerde onderzoeksrichting verder te verkennen. In hun volgende werk willen ze zich bijvoorbeeld concentreren op de manier waarop andere botsingsdetectoren kunnen bijdragen aan de observatie van hoogenergetische neutrino's.

"In onze toekomstige studies kan het interessant zijn om de vooruitzichten voor andere botsingsdetectoren en implicaties voor de natuurkunde buiten het standaardmodel te overwegen," voegde Murase eraan toe.

Meer informatie: Alex Y. Wen et al., Het detecteren van hoogenergetische neutrino's uit galactische supernova's met ATLAS, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061001

Journaalinformatie: Fysieke beoordeling D , Astrofysische dagboekbrieven , Fysieke beoordelingsbrieven

© 2024 Science X Netwerk




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Onderzoek onthult veranderingen in de koolstof- en nutriëntenvoorraden in de bodem in landbouwgrond in woestijnoases
  2. Mechanisme van paarse kleur en smaak van HongShanCaiTai, het keizerlijke gerecht van China, onthuld
  3. Geometrie speelt een belangrijke rol in hoe cellen zich gedragen, onderzoekers rapporteren
  4. Bewaking op afstand helpt bij het vinden van oplossingen voor crapemyrtle bark scale
  5. Een genetische opstand in het vroege leven voorkomen
  6. De voordelen van het gebruik van Sticky End Enzymen
  7. Woedend debat:houdt het ruimen van wolven stroperij tegen?
  8. Dingo? Bingo! Hoe je dingo vanuit je huis kunt helpen met onderzoek
  9. Biden kondigt nieuwe ondersteuning voor Amerikaanse biotechproductie aan

Wetenschap