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核物理学

核物理学

第一次测量来自单个电子的回旋辐射

27 Apr 2015
进入圈子:项目8实验

由美国和德国的物理学家团队首次测量由单个电子发出的回旋加速器辐射。该研究提供了一种新的和潜在更精确的方法来研究β腐烂,这涉及电子和中微子的发射。特别是,它可以为物理学家提供更好的中微子质量测量,这对于了解超出标准模型的物理学至关重要。

粒子物理学的标准模型假定中微子的质量为零,但在1998年,日本的超级Kamiokande探测器最终显示出粒子经历振荡,因此必须具有质量。了解三种已知类型的中微子中的群众对理解超出标准模型的物理来说至关重要,但实际上测量群众的规定是非常困难的。“目前,我们更多地了解两年前发现的Higgs博萨的大量,而不是我们对中微子的质量发现了60名 years ago,” says Patrick Huber. 弗吉尼亚理工学院在美国。

中微子振荡的研究告诉我们平均中性物质必须至少为0.01 eV/c2此外,研究人员还试图测量使用β腐烂的能量守恒的质量。这是一种核进程,涉及发射电子和中微子的排放–严格来说,一个电子Antineutrino。中微子难以检测,所以物理学家反而测量电子的能量并用它来计算中微子的质量。

上限

到目前为止,最佳测量值为2.05的电子antiNeutrino质量的上限 eV/c2。科学家们在德国卡尔斯鲁厄工业大学举行的新探测器上组装了一个名为Katrin的新探测器。这应该测量小于0.2的中微子质量 eV/c2 –这仍然可以在其价值中留下20倍的不确定性。但卡特琳是建筑物的大小,通过该方法的测量精度进一步改进需要更大,更昂贵的光谱仪。

现在,在华盛顿大学加州大学圣巴巴拉国家射频天文学天文学,华盛顿大学,马萨诸塞州科技大学和卡尔斯鲁厄大学,射频天文学天文台的物理学家。 项目 8 合作,采用不同且可能更优雅的测量中微子质量。当电子通过磁场时,其路径弯曲成圆形轨道,这使得电子使电子发射微波频率的回旋辐射。这种辐射的性质取决于电子的能量,因此测量这种效果可以提供比目前在卡特琳所使用的能量的更简单和精确的技术。然而,挑战是如何检测来自单个电子的回旋辐射的极其弱的飞弱信号。

Now, the Project 8球队通过第一个检测这种回旋辐射来朝着该方向进行了重要的一步。其原型桌面设备位于华盛顿大学的西雅图,它使用厘米尺寸的气体电池,填充氪-83–一种经历β腐烂的气体。在实际的中微子实验中,Krypton将用氚代替,但这引入了将来将考虑的额外技术和安全考虑因素。将电池放置在超导线圈内以产生磁场。 β衰减发射的电子在微小电池内的非常长的圆形路径中行进,发射回旋微波辐射,然后通过冷却的超声噪声探测器检测。

小而简单

研究人员测量了单个发射电子的能量,精度为30 EV。虽然这太低了无法获得中微子质量的可靠计算,但该团队现在正在努力优化设备以提高其分辨率。“我们构建的装置非常非常小”, says team member 本杰明单群岛 加州大学,圣巴巴拉,“这使得电子产品非常简单。我们’现在正在准备读数设计,天线设计,放大器设计和软件尝试扩展。”

Huber没有参与研究,令人印象深刻,“他们已成功完成第一个,非常重要的步骤,” he says. “从这里开始,仔细的工程和缩放的设备应该让它们到他们可以与卡特琳竞争的地方。” However, he says, “可能有更多的物理实验,因为‘仅仅是工程挑战’而不是任何其他原因”.

该研究发表在 物理评论信.

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