桌面粒子探测器可以帮助测量中微子质量 2017-03-04 06:28:18

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Chuck Bednar为redOrbitcom - @BednarChuck来自麻省理工学院(MIT)的物理学家距离测量难以捉摸的中微子的质量更近了一步,开发了一种新的桌面粒子探测器,能够通过捕获它们来识别放射性气体中的单个电子

磁性瓶一种新的桌面粒子探测器(如图所示)能够识别放射性气体中的单个电子(图片来源:麻省理工学院)正如他们本周早些时候在“物理评论快报”杂志上发表的研究中所解释的那样,探测器使用磁铁捕获那些瓶中的电子,然后使用无线电天线拾取它们发出的极其微弱的信号,将其精确的活动映射到几毫秒

这项工作与太平洋西北国家实验室,华盛顿大学,加州大学的同事一起完成

圣巴巴拉(UCSB)作为一项名为Project 8合作的实验的一部分该设备已被用于记录研究人员在一份声明中指出,在氪气体中有超过100,000个单独电子的活动

研究人员表示,随着放射性氪气体衰变,它发出的电子元件在褪色之前会作为基线频率振动

当其中一个电子撞击放射性气体原子时,频率再次增加,当一个电子与探测器中的多个原子碰撞时,它的能量似乎在这里所示的阶梯状模式中出现“事件零”,第一个检测到麻省理工学院物理学家仪器中被困电子的颜色颜色表示电子的检测功率是频率和时间的函数频率突然“跳跃”表示电子与电池中残留氢气的碰撞(图片来源:麻省理工学院)Joe Formaggio ,麻省理工学院物理学副教授和Project 8小组成员说,他们能够对电子的频率进行成像,并且他们可以使用无线电天线进行检测,他们在无线电波中“啁啾”他们的研究结果向前迈进了一大步,正在努力测量被称为中微子的神秘粒子的质量数十亿的中微子每秒都穿过我们身体的细胞,研究人员解释说,虽然这些基本粒子看起来与普通物质没有相互作用并且通常很难被发现,但很少有人知道这一点

虽然科学家已经建立了对中微子质量的理论限制,但他们还没有精确地检测到它

但是,Formaggio注意到测量电子的能量,应该可以更多地了解中微子当放射性原子衰变时,它变成氦同位素并释放出电子和中微子

释放的粒子的能量总和等于原始的中子,因此测量电子的能量可以揭示中微子的能量和质量通过使用放射性氢同位素氚具有衰变速率,通过它可以让科学家很容易地观察到它的电子副产品,它们可以获得精确的测量结果早期成功结果可以带来五年的努力

项目8团队的探测器基于一种被称为电子或其他带电粒子在磁场中发射无线电波的回旋加速器辐射研究小组发现,电子以26千兆赫的频率发射辐射,类似于军方用于无线电通信的辐射

如果基线频率发生变化,他们解释说,电子有能量,因此他们选择直接观察电子发射的辐射Formaggio和他的同事提出,通过调谐到这个基线频率,他们将能够捕获电子,因为它们是由衰变的放射性气体发出的并测量磁场中的能量通过这样做,他们相信他们能够更精确地进行测量比通过其他方法可能的测量,但它需要在很长一段时间内观察到一个相当微弱的信号,因此以前没有尝试过它们需要五年的工作才能最终建立一个粒子探测器为了完成这项任务,一旦研究人员将其打开,他们说他们能够在实验的前100毫秒内记录单个电子 分析结果需要更长的时间,但他们的辛勤工作最终得到了精确的氪气测量结果在氪成功后,研究人员相信他们可能会在未来一两年内转向氚

如果他们可以做到这一点,Formaggio解释说,他们可以很好地走向最终测量中微子的质量A在麻省理工学院的Noah Oblath研究内部我们有机会通过电子邮件与麻省理工学院的博士后研究员Noah Oblath进行交谈

参与该项目他解释说这项研究“在几个层面上都很重要”我们已经直接观察到了一种自然现象,单电子回旋辐射,以前只是间接看到过我们也已经证明它是可能使用电子回旋加速器作为光谱学的工具“虽然中微子物理学是”实验的最初动机,“他解释说技术回旋辐射发射光谱仪的e可能适用于其他科学问题,其中一些团队正在调查Oblath补充说,他们的工作表明“希望使用氚β衰变来探测更低的中微子质量”这并不是说这项工作很容易,正如构建探测器所花费的五年时间所证明的那样“我们从一开始就知道Project 8背后的原理是直截了当的,但实施起来很有挑战性,”他告诉redOrbit,因为他们他们试图观察“一个非常微弱的射频信号”,他们知道它“需要一些照顾”“最初我们没有专门为Project 8提供任何资金,所以我们试图重新使用我们能找到它的设备;我们最初的尝试不够灵敏,无法检测到回旋加速器的辐射,“Oblath说:”我们设法改进了我们的设备以及如何将它们组合在一起,最终我们能够证明这种技术确实可行“对于能够使用桌面探测器测量中微子质量的团队来说意味着什么

Oblath说,“通过任何实验”直接测量中微子质量将是“一项了不起的成就”

他补充说,在中微子物理学领域,“我们经常关注一组特定的技术,这些技术已被证明效果很好,并且逐步改进它们在Project 8的情况下,我们已经开始使用一种全新的技术并且已经表明我们将能够将它应用于测量中微子的质量“”这种独特性使它成为一个非常令人兴奋的项目为了继续努力,“他总结道 - 在Twitter,Facebook,Google +,Instagram和Pinterest上关注redOrbit