Een Groot Fysica-Experiment Detecteerde Zojuist Een Deeltje Dat Niet Zou Mogen Bestaan

{h1}

Er is iets vreemds aan het gebeuren in het universum, en het is ofwel een bewijs van een verborgen deeltje of een teken dat de experimenten zijn verbroken.

Wetenschappers hebben het meest betrouwbare bewijs geproduceerd van zogenaamde steriele neutrino's, mysterieuze deeltjes die door de materie gaan zonder überhaupt ermee te werken.

De eerste duidt erop dat deze ongrijpbare deeltjes tientallen jaren geleden zijn verschenen. Maar na jaren van toegewijde zoekopdrachten konden wetenschappers geen ander bewijsmateriaal voor hen vinden, met veel experimenten die in tegenspraak waren met die oude resultaten. Deze nieuwe resultaten laten wetenschappers nu achter met twee robuuste experimenten die lijken te wijzen op het bestaan ​​van steriele neutrino's, zelfs als andere experimenten blijven suggereren dat steriele neutrino's helemaal niet bestaan.

Dat betekent dat er iets vreemds gebeurt in het universum dat de meest geavanceerde fysica-experimenten van de mensheid tegenstrijdig maakt. [De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Steriele neutrino's

Halverwege de jaren negentig vond de Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), een experiment bij het Los Alamos National Laboratory in New Mexico, aanwijzingen voor een mysterieus nieuw deeltje: een "steriele neutrino" die door de materie passeert zonder ermee te interageren. Maar dat resultaat kon niet worden gerepliceerd; andere experimenten konden eenvoudigweg geen spoor van het verborgen deeltje vinden. Dus het resultaat werd opzij gezet.

Nu heeft MiniBooNE - een vervolgexperiment bij Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), gelegen nabij Chicago - de geur van het verborgen deeltje weer opgepikt. Een nieuw papier gepost op de preprint-server arXiv biedt zo overtuigend genoeg de ontbrekende neutrino om natuurkundigen rechtop te laten zitten en op te merken.

De nieuwe gegevens van MiniBooNE bevestigen dat deze spanning in de gegevens reëel is. Deze gegevens kunnen (naar mijn beste weten) NIET worden uitgerust met het standaardkader. Het vereist nieuwe deeltjes (steriele neutrino's) of een soort symmetrische overtreding. 4/6

- Sabine Hossenfelder (@skdh) 31 mei 2018

Whoa. //t.co/ggoVJDxzkh

- Matthew Buckley (@physicsmatt) 31 mei 2018

Als de nieuwe resultaten van MiniBooNE blijven hangen, "Dat zou enorm zijn, dat gaat verder dan het standaardmodel, dat zou nieuwe deeltjes vereisen... en een geheel nieuw analytisch kader", zegt Kate Scholberg, een deeltjesfysicus aan Duke University die niet betrokken was in het experiment.

Het standaardmodel van de natuurkunde heeft het inzicht van wetenschappers in het universum gedomineerd voor meer dan een halve eeuw. Het komt neer op een lijst met deeltjes die samen een lange weg gaan leggen naar het verklaren hoe materie en energie op elkaar inwerken in de kosmos. Sommige van deze deeltjes, zoals quarks en elektronen, zijn vrij eenvoudig voor te stellen: het zijn de bouwstenen van de atomen die alles vormen wat we ooit met onze handen zullen aanraken. Anderen, zoals de drie bekende neutrino's, zijn abstracter: het zijn hoogenergetische deeltjes die door het universum stromen, nauwelijks in interactie met andere materie. Miljarden neutrino's vanuit de zon gaan elke seconde door het topje van je vinger, maar het is onwaarschijnlijk dat ze een impact hebben op de deeltjes van je lichaam.

Elektronen-, muon- en tau-neutrino's - de drie bekende "smaken" - hebben echter interactie met de materie, zowel door de zwakke kracht (een van de vier fundamentele krachten van het universum) als door de zwaartekracht. (Hun antimaterie-tweelingen werken soms ook in op materie.) Dat betekent dat gespecialiseerde detectoren ze kunnen vinden, zowel van de zon naar beneden stromend als van bepaalde menselijke bronnen, zoals kernreacties. Maar het LSND-experiment, vertelde Scholberg aan WordsSideKick.com, leverde het eerste harde bewijs dat wat mensen zouden kunnen ontdekken misschien niet het volledige beeld is.

Terwijl golven van neutrino's door de ruimte stromen, 'schommelen' ze periodiek, en ze springen heen en weer tussen de ene smaak en de andere, legde ze uit. Zowel LSND als MiniBooNE omvatten het afvuren van neutrino's op een detector verborgen achter een isolator om alle andere straling te blokkeren. (In LSND was de isolator water, in MiniBooNE is het een vat olie.) En ze tellen zorgvuldig hoeveel neutrino's van elk type de detector treffen.

Beide experimenten hebben nu meer neutrinodetecties gerapporteerd dan de beschrijving van het standaardmodel van neutrino-oscillatie kan verklaren welke auteurs in de paper hebben geschreven. Dat suggereert, zo schreven ze, dat de neutrino's oscilleren in verborgen, zwaardere, "steriele" neutrino's die de detector niet direct kan detecteren voordat ze terug in het detecteerbare rijk oscilleert.. Het resultaat van MiniBooNE had een standaarddeviatie gemeten bij 4,8 sigma, net terug voor de drempel van 5,0 waar fysici naar op zoek zijn. (Een 5-sigma resultaat heeft 1-in-3,5 miljoen kans om het resultaat te zijn van willekeurige fluctuaties in de gegevens.) De onderzoekers schreven dat MiniBooNE en LSND samen een 6.1-sigma-resultaat vertegenwoordigen (dwz meer dan één-in-500) miljoen kansen om een ​​toevalstreffer te zijn), hoewel sommige onderzoekers sceptisch zijn over die bewering.

6.1 sigma "gecombineerd" is een grote uitspraak die veel detail nodig heeft.

- Will Kinney (@WKCosmo) 31 mei 2018

Als LSND en MiniBooNE de enige neutrino-experimenten op aarde zouden zijn, zei Scholberg, zou dat het einde van de zaak zijn. Het standaardmodel zou worden bijgewerkt met een soort steriel neutrino.

Maar er is een probleem. Andere belangrijke neutrino-experimenten, zoals het ondergrondse oscillatieproject met het experiment Emulsion-Tracking Apparatus in Zwitserland, hebben niet de anomalie gevonden die zowel LSND als MiniBooNE nu hebben gezien.

Zo recent als 2017, nadat het IceCube Neutrino Observatorium in Antarctica geen bewijs voor steriele neutrino's had opgeleverd, stelden onderzoekers de zaak aan WordsSideKick.com voor dat een ander gemeld signaal van de deeltjes - ontbrekende antineutrino's rond kernreactoren - een vergissing was, en eigenlijk was het resultaat van slechte berekeningen.

Steriele neutrino's waren geen verworpen idee, zei Scholberg, maar ze waren geen geaccepteerde wetenschap.

Het resultaat MiniBooNE bemoeilijkt het deeltjesbeeld.

"Er zijn mensen die aan het resultaat twijfelen", zei ze, "maar er is geen reden om te denken dat er iets mis is [met het experiment zelf]."

Het is mogelijk, zei ze, dat de anomalie in de LSND- en MiniBooNE-experimenten de 'systematiek' zou kunnen blijken te zijn, wat betekent dat er iets is over de manier waarop neutrino's omgaan met de experimentele opzet die wetenschappers nog niet begrijpen. Maar het ziet er ook steeds meer mogelijk uit dat wetenschappers zullen moeten uitleggen waarom zoveel andere experimenten niet echt echte steriele neutrino's spotten die opduiken in Fermilab en Los Alamos Lab. En als dat het geval is, moeten ze hun hele begrip van het universum in het proces herzien.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com