Studii efectuate asupra electronilor sunt folosite pentru a calibra proiectele de cercetare dificile care studiază neutrinii. Neutrinii sunt cele mai misterioase particule din cadrul  modelului standard; de exemplu, încă nu se cunoaște cu precizie masa acestora.


Fantomaticii neutrini

Neutrinii sunt particule elementare care fac parte din teoria modelului standard al fizicii particulelor elementare; împreună cu electronii, miuonii și tauonii alcătuiesc așa-numitul grup al leptonilor.

Există trei tipuri de neutrini: cei electronici, cei miuonici și neutrinii tauonici. Nu au sarcină electrică și interacționează extrem de slab cu materia, doar prin interacțiunea nucleară slabă. Din acest motiv neutrinii produși în Soare pot trece pur și simplu prin planeta noastră și prin corpurile noastre fără încetare, fără să interacționeze cu particulele care ne alcătuiesc organismele sau care formează Terra.

Neutrinii sunt produși în număr extrem de mare în procesele nucleare care au loc în stele; pe Pământ neutrinii sunt produși, de exemplu, la reactoarele nucleare sau provin din interiorul scoarței terestre în urma proceselor nucleare care au loc acolo.

Neutrinii sunt actorii unui proces care se numește oscilația neutrinilor: un proces de natură cuantică în urmă căruia un neutrino de un tip se transformă într-un neutrino de alt tip. De exemplu un neutrino electronic se transformă într-unul miuonic. Acest proces poate avea loc doar dacă neutrinii au masă. Masa acestora însă până în prezent nu a putut fi măsurată; s-a reușit doar să se pună limite privind valorile posibile ale acesteia.

 
Cum se studiază neutrinii?

Pentru studiul neutrinilor se folosesc detectoare care au masă extrem de mare: tocmai pentru a se reuși capturarea unor neutrini de-a lungul anilor (experimente de acest tip durează mulți ani) și studiul acestora. Neutrinii, foarte puțini la număr, interacționează cu nucleele din materia din care este făcut detectorul și dau naștere unor reacții nucleare. Se măsoară particulele care rezultă din interacțiune, se calculează energia neutrinului și se identifică tipul acestuia.

Experimentele de acest gen sunt extrem de dificile; de cele mai multe ori se desfășoară în laboratoare subterane pentru a se evita radiația cosmică care ar putea genera semnale false. Noi experimente – precum DUNE și  Hyper-Kamiokande – vor studia în anii care vin neutrinii. Pentru a efectua aceste studii sunt necesare programe și coduri de simulare pe calculator ale proceselor care au loc.

Citește și: Trei superdetectoare de particule


GENIE și e-GENIE

Un astfel de program care simulează procesele ce au loc atunci când neutrinii interacționează cu nucleele detectoarelor este GENIE, un proiect de cercetare complex în cadrul căruia se calculează energia neutrinilor pe baza particulelor măsurate.

Cum putem însă verifica dacă programul funcționează bine? Imposibil cu ajutorul neutrinilor; s-a găsit însă o soluție foarte elegantă, care folosește electronii: e-GENIE. Acest program folosește deci electronii în locul neutrinilor. Avantajul este că programul poate fi verificat experimental, întrucât măsurători cu fascicule de electroni pot fi făcute mult mai ușor. Astfel de măsurători au fost efectuate cu detectorul CLAS de la acceleratorul CEBAF în Statele Unite. Au fost studiate interacțiuni ale electronilor cu nuclee de heliu, carbon și fier. Rezultatele studiului au fost publicate recent într-un articol în revista Nature.


Care sunt rezultatele?

Măsurătorile cu electroni au fost comparate cu rezultatele simulării cu e-GENIE. S-a ajuns la concluzia că energia electronilor în urma interacțiunii cu nucleele studiate în cadrul acestui studiu a fost calculată în mod corect în mai puțin de jumătate din evenimentele studiate. Acest lucru înseamnă că modelul GENIE trebuie îmbunătățit. Vor fi efectuate noi studii, inclusiv noi experimente și cu alte nuclee, precum cele care vor fi utilizate în detectoarele de neutrini.

Pe baza acestor studii programul GENIE va fi îmbunătățit în așteptarea proiectelor care vor studia neutrinii, în speranța de a se reuși să se înțeleagă mai bine aceste particule care însă joacă un rol important atât în fizica stelelor, cât și în studiul unor modele „dincolo de modelul standard”.

Credit imagine: Symmetry

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.