211service.com
Nav jūsu standarta modeļa fiziķis
Profesore Dženeta Konrāda meklē nenotveramo spoka daļiņu un pagriež fiziku uz galvas. 2018. gada 23. oktobris
Dženetas Konrādas foto ilustrācija Oriģinālā fotoattēla autors Kasandra Klosa
2005. gada vasarā banketu vakariņās, ko Zviedrijas pilī sarīkoja daži no pasaules vadošajiem fiziķiem, Dženeta Konrāda noslēdza derības.
Vairāku kursu un daudz vīna laikā Konrāds, toreizējais Kolumbijas universitātes fizikas profesors, rotaļīgi cīnījās ar Nobela prēmijas laureātu un MIT fiziķi Frenku Vilčeku par Higsa bozonu, fundamentālu daļiņu, kuras eksistenci paredzēja fizikas standarta modelis, bet kura bija izvairījusies no visa. atklāšanas mēģinājumi. Higsa atrašana būtu galvenais, lai atrisinātu noslēpumu par to, kā daļiņas iegūst masu.
Fiziķi, kuri cerēja novērot nenotveramo daļiņu, cerēja uz Lielo hadronu paātrinātāju, pasaulē jaudīgāko daļiņu paātrinātāju, kas pēc tam tika būvēts kavernozs tuneļos netālu no Šveices Alpiem. LHC tika izstrādāts, lai sagrautu kopā protonu un smago jonu starus tuvu gaismas ātrumam. Pēc tam fiziķi paredzēja ieraudzīt Higsa bozona pazīmes kopā ar citām jaunām fizikālām parādībām.
Konrāds, pašpārliecināts pretrunīgs cilvēks, uzdeva pretrunīgu jautājumu: kā būtu, ja LHC neatklātu Higsu? Viņai bija iemesls uzskatīt, ka, lai gan daļiņai vajadzētu pastāvēt, tā pastāvēs tādā enerģijas diapazonā, kuru detektors nespēs uztvert. Pēc spraigām debatēm uz piezīmju grāmatiņas tika uzrakstīta derība: Higsa atklājums būtu labvēlīgs Vilčekam, bet nekāda atklāšana neattaisnotu Konrādu. Likmes: Nobela medaļas šokolādes kopijas, kas pieejamas tikai Nobela muzejā Zviedrijā.
2012. gada 4. jūlijā Konrāds zaudēja derības, kad fiziķi ziņoja, ka LHC ir atklājis jaunu daļiņu, kas atgādina ilgi meklēto Higsa bozonu — atklājumu, kas atbalsojās visā fizikas pasaulē. Kad parādījās ziņas, Konrāds atradās Fermi Nacionālajā paātrinātāja laboratorijā ārpus Čikāgas, veicot eksperimentu. Viņa piesaistīja draugu no Stokholmas Universitātes, lai iegādātos šokolādes, ko uz Ņujorku nogādāja viesojošais fiziķis no Kolumbijas universitātes un pēc tam uz Čikāgu ar postdoktu, kas devās uz Fermilab. Pēc tam Konrāds tos aizveda atpakaļ uz Kembridžu ceļā uz konferenci, atstājot 10 neskartas, neizkusušas šokolādes Nobela balvas viņas māsai, kura tos nogādāja Vilčeka MIT birojā.
The Ņujorkas Laiks Likme tika parādīta nelielā pierakstā, kā arī karikatūra, kurā attēlots bizantiešu kompromiss — kuras ierāmēta kopija karājas pie Konrāda MIT biroja sienas. Viņa saderēja, ka Higss nepastāvēs enerģijās, kuras varētu pārbaudīt LHC, viņa skaidro, jo, manuprāt, tas bija daudz labāk nekā Higss, kas pastāv [tur].
Citiem vārdiem sakot, ja Higsa bozons netiktu atrasts tur, kur tik daudzi fiziķi to paredzēja, tas būtu atklājis seismisku plaisu Standarta modelī — teorijā, uz kuru fizikas kopiena ir balstījusies gadu desmitiem, lai aprakstītu Visuma pamatspēkus un daļiņas. Šāda teorētiska satricināšana būtu atklājusi jaunu fizisko nezināmo pasauli.
Kasandra Klosa; Lauras Dilonas mati un grims
Tā ir daļiņa, kuras personība man patīk; tā ir ļoti neatkarīga daļiņa.
Es nedomāju, ka mūsu standarta modelim ir liela jēga, saka Konrāds. Tas patiešām labi sader kopā: jūs varat ņemt tā gabalus un paredzēt citus tā gabalus, kas ir patiešām iespaidīga lieta. Un tomēr … [tas ietver] vērtības, kuras mēs nevaram izskaidrot. Esmu pārliecināts, ka tas nav viss stāsts. Un es patiešām esmu ieinteresēts papētīt apkārt, lai uzzinātu, kas ir viss stāsts.
Konrāda, kura pievienojās MIT fizikas fakultātei 2008. gadā, savu karjeru ir pavadījusi, meklējot anomālus eksperimentu rezultātus, kurus citi ir vai nu noraidījuši, vai neapšaubāmi pieņēmuši kā faktu. Man šķiet vispievilcīgākais, ja eksperimentā ir redzēts kaut kas interesants, un es vēlos noskaidrot: vai viņi ir kļūdījušies, vai arī daba patiešām stāsta mums kaut ko jaunu? viņa saka. Tas man ir pats jautrākais.
Šī aizraušanās ar anomālijām ir likusi viņai meklēt daļiņu, kas ir daudz nenotveramāka par Higsa bozonu. Un, ja viņa to atradīs, viņa patiešām apvērsīs fizikas standarta modeli.
Neitrīno mednieks
Deviņdesmito gadu vidū fiziķi no Losalamos Nacionālās laboratorijas Ņūmeksikā ziņoja par negaidītu un joprojām pretrunīgu signālu šķidruma scintilātora neitrīna detektorā (LSND). Detektors būtībā ir paredzēts neitrīno skaitīšanai — bezgalīgi mazām, gandrīz nenosakāmām daļiņām, kuru skaits, domājams, ir par miljardu pret vienu pārspēj visas Visuma parastās vielas daļiņas, piemēram, elektronus un neitronus. Neskatoties uz to, ka neitrīnos ir plaši izplatītas, tos bieži sauc par spokainiem, jo tos ir velnišķīgi grūti izmērīt: tiem ir ne tikai ārkārtīgi mazs izmērs, bet arī nav lādiņa, tāpēc tie ļoti reti mijiedarbojas ar parasto vielu un var plūst cauri katrai mūsu ķermeņa šūnai — pat cauri tūkstošiem tonnu. no granīta un tērauda, nesabojājot nevienu molekulu.
LSND sastāv no apmēram pilsētas autobusa izmēra tvertnes, kas piepildīta ar minerāleļļu, un tā ir paredzēta neitrīno staru uztveršanai no tuvējā akseleratora. Gaismas detektori, kas atrodas uz tvertnes, reģistrē sīkus uzplaiksnījumus, ko rada ienākošie neitrīno, kas eļļā sadalās oglekļa kodolos, kas ir dabisks scintilators, tas ir, tas kļūst luminiscējoši, kad to ierosina jonizējošais starojums. Mijiedarbības modelis un laiks var pastāstīt zinātniekiem par neitrīno veidiem, kas plūda cauri tvertnei.
Saskaņā ar standarta modeli neitrīniem vajadzētu pastāvēt trīs šķirnēs vai aromātos - elektronu neitrīno, miona neitrīno un tau neitrīno. Tomēr 1994. gadā fiziķi ziņoja, ka LSND ir saskaitījis vairāk elektronu neitrīno, nekā prognozēts. Fiziķi izvirzīja šokējošu teoriju: to varētu izskaidrot ar pilnīgi jaunas daļiņas, sterila neitrīno, eksistenci, kas mijiedarbojas tikai ar gravitāciju, nevis ar parasto vielu.
Rezultāti tika uztverti ar lielu skepsi. Ja sterilais neitrīno pastāvētu, tas norādītu uz parādību, ko standarta modelis nevar izskaidrot. Tas varētu arī palīdzēt izskaidrot tumšo vielu, kas veido apmēram trešdaļu no Visuma matērijas, bet neizstaro un neatspoguļo gaismu. Kamēr citi rezultātus nosauca par kļūmi, kam ir jābūt racionālam izskaidrojumam saskaņā ar noteiktajiem fizikas noteikumiem, Konrāds izmantoja anomāliju kā iespēju.
Neilgi pirms tam viņa bija pabeigusi savu absolventu darbu augstas enerģijas fizikā Hārvardas universitātē. Lielākā daļa ikvienu, ko viņa zināja savā jomā, gatavojās pievienoties lielai sadarbībai starp zinātniekiem, kas strādā ar daļiņu paātrinātājiem, lai meklētu augstāko kvarku, masīvāko no visām elementārdaļiņām, ko paredz Standarta modelis un kas vēl nebija atklāts. Konrāds, ejot pret plūdmaiņu, bija nolēmis doties ceļā, lai meklētu sterilu neitrīno, 1993. gadā uzsākot pēcdoktorantūras studijas Kolumbijas universitātē.
Es atceros, ka pieņēmu šo lēmumu savā dzīvē un liku kolēģei teikt: 'Dženeta, tu esi pārāk laba, lai to darītu,' saka Konrāds. Bet tā ir daļiņa, kuras personība man patīk; tā ir ļoti neatkarīga daļiņa.
1995. gadā Konrāds pievienojās Kolumbijas fizikas fakultātei un sāka veidot savu pētniecības grupu. Viņa arī iesēja sēklas jaunam daļiņu detektoram, kas īpaši izstrādāts, lai pierādītu vai atspēkotu LSND rezultātus: Mini Booster Neutrino Experiment jeb MiniBooNE. Viņas ideja bija sūtīt neitrīno starus pa 500 metru garu tuneli milzīgā sfēriskā tvertnē, kuras diametrs ir aptuveni 12 metri, izklāta ar 1200 gaismas sensoriem un piepildīta ar 800 tonnām minerāleļļas. Lai gan tie reti mijiedarbojas ar citām vielām, neitrīno, kas gadījās sadurties ar oglekļa atomu minerāleļļā, atstātu enerģijas pēdas, ļaujot identificēt to garšu. Ir zināms, ka neitrīni, pārvietojoties telpā, svārstās no vienas garšas uz otru, taču, kamēr tie svārstās starp trim standarta garšām, kopējam skaitam vajadzētu palikt stabilam. Kopsummas kritums liecina, ka daži ir pārvērtušies sterilos neitrīnos, kurus ir vēl grūtāk noteikt; kopējā skaita palielināšanās liecina, ka daži sterili neitrīno ir pārvērtušies citās garšās. Saskaitot MiniBooNE neitrīno veidus un skaitu, kas konstatēti pie augstas enerģijas, Konrāda un viņas komanda varēja meklēt jebkādu dīvainu, neparedzētu pārmērību pazīmes saskaņā ar LSND rezultātiem pie zemas enerģijas.
Konrāds nodrošināja finansējumu, lai izveidotu detektoru Fermilabā, kur Booster — daļiņu paātrinātājs ar 474 metru apkārtmēru — radīs analizējamos neitrīnus. 2007. gadā viņa un paplašinās MiniBooNE sadarbība ziņoja par saviem pirmajiem rezultātiem: nešķita, ka elektronu neitrīno būtu pārāk daudz, vismaz augstajos enerģijas diapazonos, ko paredzēja LSND rezultāti zemos enerģijas diapazonos. Šķita, ka šie sākotnējie rezultāti atspēko ceturtā, sterilā neitrīno esamību. Taču MiniBooNE reģistrēja noslēpumainu elektronu neitrīno pārpalikumu ar zemāku enerģiju — atklājumu, ko pētnieki nevarēja izskaidrot.
Kasandra Klosa
Sterilā neitrīno medības nebūt nav beigušās, jo vairāki eksperimenti ir devuši pretrunīgus rezultātus. Viens no šo rezultātu avotiem ir IceCube Neutrino observatorija, kas atrodas Amundsena-Skotas Dienvidpola stacijā. IceCube sastāv no vairāk nekā 5000 gaismas sensoriem, kas piekārti vertikālām stīgām, kas stiepjas uz leju vairāk nekā 2450 metrus Antarktikas ledū. Detektors ir paredzēts, lai uztvertu neitrīno pēdas, kas rodas nevis no Zemes paātrinātājiem, bet gan no ekstrēmiem avotiem kosmosā, piemēram, sprāgstošu zvaigžņu kodoliem un aktīvo galaktiku centriem. Kad tie šķērso ledu, tie rada mionus, elektriski lādētas sekundārās daļiņas, kas izstaro gaismu. Analizējot IceCube sensoru uztverto gaismu, zinātnieki var saskaitīt neitrīnus un noteikt leņķi, kādā tie šķērso ledu. Konrāds ir viens no 300 zinātniekiem, kas daļiņās, kas plūst cauri detektoram, meklē sterilu neitrīno pazīmes, kā arī citas ar neitrīno saistītas parādības. (Piemēram, 2017. gada septembrī viņi atrada augstas enerģijas kosmisko neitrīno līdz tā avotam, blazāram, kas atrodas aptuveni 3,7 miljardu gaismas gadu attālumā.)
2016. gadā IceCube sterilā neitrīno meklējumi bija tukši: zinātnieki nebija atraduši nekādas daļiņas pazīmes starp 100 000 neitrīno notikumiem, ko detektors uzņēma. Viņi ar 99% pārliecību secināja, ka daļiņa nepastāv diapazonā, ko viņi varētu izpētīt.
Un tomēr joprojām pastāv iespēja, ka tas ir ārā. Jūnijā Konrāda un viņas MiniBooNE kolēģi paziņoja, ka eksperiments atkal atklāja elektronu neitrīno pārpalikumu zemas enerģijas diapazonā, un šoreiz bija skaidrs, ka rezultāti nav statistikas nejaušība, bet gan iespējama zīme par kaut ko ārpus trim galvenajiem neitrīniem. garšas.
Ierosinot pierādījumus par steriliem neitrīniem, viņa ir iznīcinājusi šo tēmu, un tagad mums būs jāskatās, vai tas eksplodē, saka Vilčeks. Ja viņas norāde izturēsies, tas satricinās dažas mūsu idejas par to, kā panākt vienotu pamatspēku teoriju. Tas nozīmēs, ka mēs neesam tik tuvu problēmas atrisināšanai, kā daži no mums domā.
Tas nav sterilais neitrīno, kuru mēs meklējām, taču tas var būt tāds, par jaunajiem rezultātiem saka Konrāds. Un tā ir skaidra zīme, ka oho, tas ir kaut kas tāds, ko mēs nesaprotam, un tā ir jautra, nomākta vieta.
Konrāds un viņas grupa ir paplašināšanās medību priekšgalā. Viņa saka, ka mēs patiešām atradāmies robežas tālākajā daļā. Neviens par mums nerūpējās; bijām savā stūrītī. Tā kā mēs un citi eksperimenti esam paņēmuši vairāk datu un ir vairāk signālu, kas šķiet, ka varētu būt papildu neitrīno, cilvēki ir sākuši daudz vairāk interesēties.
Daļiņu paātrinātāju pārdomāšana
Neilgi pēc tam, kad MiniBooNE ziņoja par saviem pirmajiem rezultātiem 2007. gadā, Konrāds pameta Kolumbijas universitāti un pievienojās MIT fakultātei.
Šad un tad mainīt darbu nav nekas slikts, taču tas parasti nav tas, ko dara mācībspēki, viņa saka. Taču daļa no iemesla, kāpēc cilvēki maina darbu, ir tāpēc, ka tas viņiem sniedz jaunus radošus ieskatus. Un tas patiešām notika ar mani.
MIT fizikas nodaļā Konrāds atrada teorētisku un eksperimentālu ideju stropu. Kad viņa pārcēlās uz savu biroju MIT Kodolzinātņu laboratorijas galvenajā koridorā, viņa sāka izstrādāt telpas izmēra daļiņu paātrinātāju.
Neitrīno eksperimentiem vienmēr bija nepieciešami milzīgi paātrinātāji, lai protonus zvanītu tuvu gaismas ātrumam, un šajā brīdī daļiņas varētu radīt pietiekami daudz neitrīno, lai detektori, piemēram, MiniBooNE, varētu analizēt. Konrāds saka, ka neitrīno eksperimenti un daļiņu fizika kopumā ir kļuvuši arvien lielāki. Mēs izmantojam to pašu tehnoloģiju, kas mums jau ir, un tikai turpinām to paplašināt un pavairot.
Tā vietā, lai dotos tālāk šajā virzienā, Konrāds nolēma meklēt veidus, kā izveidot tikpat jaudīgu daļiņu paātrinātāju, kāds ir vairāku kilometru attālumā no telpas daļas. Viņa sprieda, ka mazākus paātrinātājus var uzbūvēt lēti un novietot pie jebkura liela neitrīno detektora, vai nu prērijas vidū, piemēram, Fermilabā, vai dziļi zem kalniem.
Dizains sāka veidoties pēc tam, kad viņa piedalījās sarunā par ciklotroniem — istabas izmēra aparātiem, kas ar magnētiskā lauka palīdzību izmet lādētas daļiņas no sava centra un paātrina tās pa radiofrekvences viļņiem, līdzīgi kā sērfotāji brauc pa okeāna viļņiem.
Tas ir īsts MIT stāsts tādā ziņā, ka es sēdēju šeit un strādāju prom, man bija pārāk daudz darāmā, un kāds teica: 'Vai vēlaties aizbraukt, lai uzzinātu par šo jauno ciklotronu?' Konrāds atceras. Tāpēc es devos, sēdēju un runāju, un man bija tāda sajūta: 'Tas ir manu sapņu paātrinātājs.'
Kopš pagājušā gadsimta 30. gadiem ciklotroni ir izmantoti protonu staru ražošanai kodolfizikas eksperimentiem. Taču protonu skaits, ko tie varēja paātrināt, bija ierobežots, un, kad uz skatuves parādījās lielāki, jaudīgāki paātrinātāji, ciklotroni tika pārveidoti, lai virzītu protonu starus ar mērķi iznīcināt vēža audzējus. Konrāda meklēja veidus, kā palielināt protonu skaitu, ko ciklotrons var paātrināt, un viņa atrada risinājumu ūdeņraža molekulas jonā H2+, kas ir izgatavots no diviem protoniem, ko kopā satur elektrons. Ja šīs ūdeņraža molekulas tiktu iesūknētas ciklotronā, to elektroni būtībā aizlidotu, atstājot divus protonus katrai molekulai — tas nozīmē, ka neitrīno un citu eksotisku daļiņu ražošanai varētu būt pieejams divreiz vairāk protonu.
Viņa un viņas studenti pašlaik MIT būvē ciklotronu paātrinātāju, ko viņa nodēvēja par IsoDAR, lai izotopu sabrukšana miera stāvoklī, process, kurā ciklotrona protoni sadalītos neitrīnos. Paredzams, ka pēc uzbūvēšanas — ideālā gadījumā līdz 2022. gadam, ja viss noritēs labi, mini paātrinātājs ir paredzēts plašas viesistabas izmēram. Viņa arī cer izveidot nedaudz lielāku, jaudīgāku versiju Daedalus, kas joprojām būtu tikpat liela kā pašreizējie neitrīnus ģenerējošie paātrinātāji - tāda izmēra, kas varētu viegli iekļauties MIT kupolā. Ja šie mazie paātrinātāji tiktu novietoti blakus dažiem no pasaulē jutīgākajiem detektoriem, Konrāds uzskata, ka tie varētu ievērojami veicināt sterilā neitrīno meklēšanu.
Viņa saka, ka viņi var iet par lielumu tālāk, pētot sterilo neitrīno telpu, salīdzinot ar jebkuru citu šodienas eksperimentu. Lai to izdarītu, mēs cenšamies domāt pavisam citādi.
Neatkarīga sērija
Konrāds būs pirmais, kas atzīs, ka viņa nav jūsu vidusmēra daļiņu fiziķe. Īpaši savas karjeras sākumā viņa bija viena no retajām sievietēm, kas apmeklēja seminārus un konferences.
Es nebūtu šajā jomā, ja man nebūtu labi, ka dažviet esmu vienīgā sieviete, viņa saka. Sievietei ir zināmas priekšrocības tādā nozīmē, ka jūs jau acīmredzami esat atšķirīga. Jūs neesat standarta modeļa fiziķis.
Tas jo īpaši izpaužas Konrāda sarunās sanāksmēs un konferencēs, kur viņa bieži vien ar prieku piedēvē personības noteiktām elementārdaļiņām, salīdzinot kvarkus, kas var būt tik skaļi, ka var aizēnot jebkuru citu daļiņu signālu, nozīmē meitenes un kluso, vienmēr klātesošo. neitrīno blakus meitenei.
Lindlija Vinslova, MIT fizikas docente, atceras, ka pirmo reizi redzējusi Konrādu runājam, kad viņa apmeklēja ikgadējo fizikas sanāksmi kā koledžas juniore. Tas bija patiešām iedvesmojoši redzēt, Vinslovs atceras. Tā ne tikai runāja sieviete, bet arī varēja būt jauka. Un viņa ar to izklaidējās un darīja to ļoti kā sieviete, nevis kā sieviete, kas izliekas par vīrieti.
Konrāds galu galā pieņēma darbā Vinslovu kā savu pirmo pēcdoktorantu MIT un ir smagi strādājis, lai piesaistītu citas sievietes MIT fizikas nodaļai gan absolventu, gan mācībspēku līmenī. Sievietes 2007. gadā bija tikai 13,7 procenti Institūta fizikas absolventu, taču Konrāds, būdams katedras uzņemšanas procesa vadītājs, ir palīdzējis to uzlabot.
Es esmu neticami lepna par to, ka šajā nākamajā klasē mēs esam 23 procenti sieviešu, viņa saka. Es ļoti ceru, ka mēs iegūsim līdz 33 procentiem.
Fakultātes līmenī Konrāds saskata lielāku izaicinājumu. MIT fizikas nodaļā, kas ir viena no lielākajām valstī, fakultātē ir tikai 12 sievietes, kurās ir aptuveni 100, no kurām četras pievienojās tikai dažu pēdējo gadu laikā.
Mēs esam kļuvuši no astoņiem uz 12 — tas ir liels daļējs pieaugums, viņa saka. Bet godīgi sakot, tas diezgan tālu atpaliek no [citām fizikas programmām]. Tāpēc viņa strādā, lai palielinātu šo skaitu, un regulāri reģistrējas pie fizikas fakultātes sievietēm, kuras, viņasprāt, ir gatavas iziet un izmēģināt lietas un nebaidās nokrist un atkal piecelties.
Šo neatkarīgo sēriju Konrāds meklē studentos, kuri vēlas pievienoties viņas pētnieku grupai. Daļēji tas ir tāpēc, ka viņa vēlas sūtīt savus studentus tieši uz vietām, kur tiek veikti neitrīno eksperimenti, piemēram, Fermilab, kur zinātnieki izmanto MiniBooNE un MicroBooNE, un Medisonu, Viskonsinas štatā, kur viņi saņem un analizē IceCube datus.
Ja viņi atrodas savā mazajā salā, viņi, iespējams, dara lielisku darbu, bet cilvēki to īsti nezina, saka Konrāds. Ir ļoti svarīgi būt tur, būt centrā un būt vienam no galvenajiem cilvēkiem, kas ir ļoti pamanāmi. Un tas sniedz daudz plašāku skatījumu uz pasauli.
Konrāda cenšas pēc iespējas vairāk piedalīties savos eksperimentos, jo īpaši Fermilabā, kur viņa ceļo tik bieži, ka viņa un viņas vīrs ir saglabājuši otro māju Ilinoisā, kopš Konrāds bija maģistrants. Es tur eju, cik bieži vien varu, un visu laiku Skype savā grupā, viņa saka. Viņi vienā nedēļas nogalē saņems no manis tūkstoš e-pastu, jo mans ieradums ir ielikt domu – tad doma attīstās pēc stundas, un es nosūtīšu citu e-pastu. Tātad viņi atgriezīsies un būs kā 'Omigod'.
Patiešām, šķiet, ka Konrāda dzīve ir saistīta ar fiziku, un tas par laimi. Lai gan viņai patīk dārzkopība un viņa savulaik palīdzēja tēvam audzēt čempionu dālijas, mūsdienās viņa pieturas pie margrietiņu audzēšanas, kam nepieciešama maza apkope. Man nav laika, lai padarītu dāliju tā, kā es to vēlos, viņa saka, un es nevēlos nobružātas dālijas.
Konrādai fizika ir ne tikai viņas darbs, bet arī viņas hobijs — visu patērējošs un, galvenais, jautrs. Tāpēc viņa turpina vadīt neitrīno anomāliju medības un mudināt kolēģus pievienoties vajāšanai. Vinslovs saka, ka Konrāds ir pārliecinājis sabiedrību, ka ir ļoti svarīgi turpināt meklēšanu, lai apstiprinātu vai atspēkotu sterilu neitrīno esamību. Ikvienam, kam kaut kas tik ļoti patīk, jūs nevēlaties traucēt, saka Vinslovs. Mums jāiet ārā un jāskatās.
Kā redzēt neitrīno
Sešdesmitajos gados pētnieki izstrādāja burbuļu kameras, lai pētītu nenotveramo neitrīno. Kad neitrīno saduras ar kodolu, tas rada lādētas daļiņas. Ja tas notiek burbuļu kamerā, kas ir piepildīta ar spiediena šķidrumu, uzlādētās daļiņas atstāj atbrīvoto elektronu pēdas, pārvietojoties pa šķidrumu. Kad šķidrums iztvaiko ap šiem elektroniem, veidojas mikroskopiski burbuļi, kas dokumentē sadursmes vietu un daļiņu ceļus. Kameras spiediena samazināšana ļauj burbuļiem paplašināties, līdz tie ir pietiekami lieli, lai tos varētu fotografēt. Lai gan šādas fotogrāfijas ir skaisti detalizētas, to uzņemšanas process ir laikietilpīgs un darbietilpīgs.
Dženetai Konrādai un vairākiem kolēģiem bija ideja izveidot detektoru, kas varētu savākt neitrīno digitālos ierakstus ar līdzīgu precizitāti, bet daudz lielāku efektivitāti. Viņa kļuva par līdzstrādnieku grupas dibinātāju, kas izstrādāja un uzbūvēja 170 tonnu smago MicroBooNE neitrīno detektoru, kas 2015. gadā sāka reģistrēt Fermilab Booster paātrinātāja radītos neitrīnus. Kad neitrīno nonāk MicroBooNE augstsprieguma lauka būrī, kas ir piepildīts ar šķidro argonu. , tie mijiedarbojas ar argonu, radot lādētas daļiņas. Kad šīs uzlādētās daļiņas pārvietojas caur detektoru, tās atbrīvo elektronus argonā, veidojot jonizācijas taku. Uzlādētās daļiņas arī ierosina argonu, radot gaismu.
Elektronu pēdas, kas atbrīvotas pēc neitrīno sadursmes ar kodolu, ir attēlotas burbuļkameras fotogrāfijā (pa kreisi) un MicroBooNE digitālajā attēlā (pa labi). MicroBooNE fotopavairotāja caurules (zemāk) ir gatavas uztvert gaismu, ko rada neitrīno sadursmes rezultātā lādētas daļiņas.
Atbrīvotie elektroni novirzās uz zeltu pārklātiem vadiem, kas uzstādīti lauka būra zemsprieguma pusē. Kad īpaši jutīgi gaismas detektori, kas pazīstami kā kriogēnās fotopavairotāja lampas, nosaka pavadošo gaismu — kas norāda, ka elektroni dreifē uz vadiem — tiek reģistrēts katra elektrona lādiņš. Šos datus var izmantot, lai rekonstruētu neitrīno ceļa 3-D attēlu.
Ar Dženetas CONradas piekrišanu
MicroBooNE var ierakstīt miljons reižu vairāk neitrīno notikumu nekā burbuļu kamerā tādā pašā laika periodā. Un dziļo mācīšanos var izmantot, lai analizētu lielo skaitu digitālo attēlu, ko tā ražo. Ja meklējat pierādījumus par vēl neredzētu jau nenotveramu daļiņu dažādību, spēja savākt un analizēt milzīgus datu apjomus ir ļoti svarīga.