SHINE은 중성미자 빔에 빛을 비춥니다.

SHINE으로도 알려진 CERN의 NA61 실험은 물리학자들이 미국 실험에 사용된 중성미자 빔의 함량을 알아내는 데 도움이 되는 새로운 측정을 수행했습니다.

2023년 6월 7일

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아나 로페스

NA61/SHINE이 위치한 실험장 (사진: CERN)

138억년 전 빅뱅 당시 물질의 모든 입자는 반대 전하에 해당하는 반물질과 함께 생성된 것으로 생각됩니다. 그러나 현재 우주에는 반물질보다 물질이 훨씬 더 많습니다. 왜 이것이 일어나는지는 물리학의 가장 큰 질문 중 하나입니다.

대답은 적어도 부분적으로 중성미자라고 불리는 입자에 있을 수 있습니다. 이 입자는 전하가 부족하고 질량이 거의 없으며 우주를 여행하면서 세 가지 유형 중 하나에서 다른 유형으로 정체성을 변경하거나 "진동"합니다. 중성미자가 반물질 등가물인 반중성미자와 다른 방식으로 진동한다면 우주의 물질-반물질 불균형을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

미국의 NOvA 실험과 같은 전 세계의 실험은 DUNE을 포함한 차세대 실험과 마찬가지로 이러한 가능성을 조사하고 있습니다. 이러한 긴 기준선 중성미자 진동 실험에서는 중성미자 빔이 장거리(긴 기준선)를 이동한 후 측정됩니다. 그런 다음 반중성미자 빔을 사용하여 실험을 실행하고 결과를 중성미자 빔의 결과와 비교하여 두 쌍둥이 입자가 유사하거나 다른 방식으로 진동하는지 확인합니다.

이 비교는 중성미자 빔과 반중성미자 빔이 이동하기 전의 중성미자 수 추정에 따라 달라집니다. 이 빔은 고정된 목표물에 양성자 빔을 발사하여 생성됩니다. 표적과의 상호작용은 다른 강입자를 생성하는데, 이는 자성 "뿔"을 사용하여 집중되고 긴 터널로 향하여 중성미자 및 기타 입자로 변환됩니다. 그러나 이 다단계 프로세스에서는 양성자-표적 상호 작용에 직접적으로 의존하는 중성미자의 수를 포함하여 결과 빔의 입자 함량을 계산하는 것이 쉽지 않습니다.

SHINE으로도 알려진 CERN의 NA61 실험에 참가하세요. 슈퍼 양성자 싱크로트론의 고에너지 양성자 빔과 적절한 표적을 사용하여 실험에서는 관련 양성자-표적 상호 작용을 재현할 수 있습니다. NA61/SHINE은 이전에 상호작용에서 생성되어 중성미자를 생성하는 전기적으로 충전된 강입자를 측정했습니다. 이러한 측정은 기존의 장기 기준선 실험에서 사용되는 중성미자 빔의 함량 추정을 개선하는 데 도움이 되었습니다.

NA61/SHINE 협력은 이제 이러한 추정치를 더욱 향상시키는 데 도움이 될 새로운 강입자 측정값을 출시했습니다. 이번에는 에너지가 120GeV인 양성자 빔과 탄소 표적을 사용하여 중성미자를 생성하는 하전된 강입자로 붕괴되는 세 가지 종류의 전기적으로 중성인 강입자를 측정했습니다.

이 120-GeV 양성자-탄소 상호작용은 NOvA의 중성미자 빔을 생성하는 데 사용되며 아마도 DUNE의 빔을 생성하는 데에도 사용될 것입니다. 상호작용이 생성하는 다양한 중성미자 생성 중성 강입자 수의 추정은 컴퓨터 시뮬레이션에 의존하며, 그 출력은 기본 물리학 세부사항에 따라 크게 달라집니다.

"지금까지 이 상호 작용을 사용하는 중성미자 실험에 대한 시뮬레이션은 서로 다른 에너지와 목표 핵을 사용한 이전 측정의 불확실한 외삽에 의존해 왔습니다. 탄소의 120-GeV 양성자에서 입자 생성을 직접 측정하는 이 새로운 직접 측정은 이러한 외삽의 필요성을 줄입니다." NA61/SHINE 대변인 Eric Zimmerman이 설명합니다.

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중성미자에 대해 더 알고 싶으십니까? 6월 15일 오후 6시(CEST)에 CERN, Fermilab 및 Sanford Underground Research Facility(SURF)에서 대화형 라이브 스트리밍에 참여하세요.