Neutrinos stériles, Fondamentaux de la physique parmi les explications des résultats anormaux.

Les nouvelles découvertes scientifiques confirment une anomalie constatée lors d’expériences précédentes, qui pourraient pointer vers une nouvelle particule élémentaire non encore confirmée, le neutrino stérile, ou souligner la nécessité d’une nouvelle explication pour un aspect de Physique du modèle standard, comme la section efficace des neutrinos, qui a été mesurée pour la première fois il y a 60 ans. Le laboratoire national de Los Alamos est la principale institution américaine qui collabore à l’expérience Baksan sur les transformations stériles (BEST), dont les résultats ont récemment été publiés dans des revues. Lettres d’examen physique Et le examen physique c.

« Les résultats sont très excitants », a déclaré Steve Elliott, analyste principal de l’une des équipes évaluant les données et membre du département de physique de Los Alamos. « Cela confirme certainement les anomalies que nous avons vues dans les expériences précédentes. Mais ce que cela signifie n’est pas clair. Il y a maintenant des résultats contradictoires sur neutrinos stériles. Si les résultats indiquent une incompréhension de la physique nucléaire ou atomique de base, ce serait également intéressant. » Parmi les autres membres de l’équipe de Los Alamos figurent Ralph Masarczyk et Enuk Kim.

Située profondément sous terre à l’observatoire de neutrinos de Baksan dans les montagnes du Caucase en Russie, la cible achevée de deux régions de gallium, à gauche, contient un réservoir intérieur et un réservoir extérieur de gallium, qui est irradié par une source de neutrinos électroniques. Crédit : AA Shikhin

Plus d’un mile sous terre à l’observatoire Baksan Neutrino dans les montagnes du Caucase russe 26 disques radioactifs de chrome 51, un isotope radioactif artificiel du chrome et une source de neutrinos électroniques de 3,4 mégapicurie, sont mieux utilisés pour le rayonnement du réservoir interne et externe de gallium, matériau souple , métal argenté Également dans les expériences précédentes, bien qu’auparavant il ait été utilisé dans un seul réservoir. La réaction entre les neutrinos électroniques du chrome 51 et du gallium produit l’isotope germanium 71.

Le taux de production mesuré de germanium-71 était de 20 à 24 % inférieur à celui prévu sur la base d’une modélisation théorique. Cet écart est cohérent avec les anomalies observées dans les expériences précédentes.

BEST est basé sur l’expérience sur les neutrinos solaires, l’expérience soviéto-américaine sur le gallium (SAGE), à laquelle le Laboratoire national de Los Alamos a été un contributeur majeur, à partir de la fin des années 1980. Cette expérience a également utilisé des sources de gallium et de neutrinos à haute densité. Les résultats de cette expérience et d’autres ont indiqué un déficit en neutrinos électroniques – un écart entre les résultats attendus et réels qui est devenu connu sous le nom d ‘ »anomalie du gallium ». L’explication du déficit pourrait être la preuve d’oscillations entre les états des neutrinos électroniques et des neutrinos stériles.

Un réseau de 26 disques radioactifs de chrome-51 est la source des neutrinos électroniques qui interagissent avec le gallium et produisent du germanium-71 à des taux qui peuvent être mesurés par rapport aux taux attendus. Crédit : AA Shikhin

La même anomalie a été répétée dans la meilleure expérience. Les explications possibles incluent à nouveau l’oscillation dans un neutrino stérile. Une particule hypothétique peut constituer une partie importante de la matière noire, une forme possible de matière censée constituer la grande majorité de l’univers physique. Cette interprétation peut nécessiter des tests supplémentaires, car la mesure pour chaque réservoir était presque la même, bien qu’inférieure aux attentes.

D’autres explications de l’anomalie incluent la possibilité qu’il y ait un malentendu dans l’apport théorique à l’expérience – que la physique elle-même nécessite une reformulation. Elliott souligne que la section efficace du neutrino électronique n’a pas été mesurée auparavant à ces énergies. Par exemple, l’entrée théorique pour la mesure de la section efficace, difficile à confirmer, est la densité électronique dans le noyau atomique.

La méthodologie de l’expérience a été soigneusement examinée pour s’assurer qu’aucune erreur ne se produisait dans certains aspects de la recherche, tels que le placement de la source de rayonnement ou les opérations du système de comptage. Les futures itérations de l’expérience, si elles sont effectuées, peuvent inclure une source de rayonnement différente avec une énergie plus élevée, une demi-vie plus longue et une sensibilité aux longueurs d’onde d’oscillation plus courtes.

Références:

« Résultats de l’expérience Baksan sur les transformations stériles (mieux) » par V.V. Barinov et al., 9 juin 2022, disponible ici. Lettres d’examen physique.
DOI : 10.1103/ PhysRevLett.128.232501

« Recherche de transitions électron-neutrino vers des états stériles dans la meilleure expérience » Par VV Barinov et al., 9 juin 2022, disponible ici. examen physique c.
DOI : 10.1103/ PhysRevC.105.065502

Financement : Département de l’énergie, Bureau des sciences, Bureau de la physique nucléaire.