Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà vật lý đề xuất một cách mới để tận dụng dữ liệu từ neutrino năng lượng cực cao từ các kính thiên văn neutrino lớn như Đài thiên văn IceCube Neutrino ở Nam Cực. Cho đến nay, tất cả các nghiên cứu tương tác phi tiêu chuẩn tại IceCube chỉ tập trung vào dữ liệu neutrino trong khí quyển năng lượng thấp.
Các nhà vật lý tại Đại học Washington ở St. Louis đã đề xuất một cách sử dụng dữ liệu từ neutrino năng lượng cực cao để nghiên cứu các tương tác vượt ra ngoài mô hình chuẩn của vật lý hạt. Mô hình ‘Zee nổ’ tận dụng dữ liệu mới từ các kính thiên văn neutrino lớn như Đài thiên văn IceCube Neutrino ở Nam Cực và các phần mở rộng trong tương lai của nó.
“Các neutrino tiếp tục gây tò mò cho chúng tôi và kéo dài trí tưởng tượng của chúng tôi. Những” hạt ma “này ít được hiểu nhất trong mô hình tiêu chuẩn, nhưng chúng nắm giữ chìa khóa cho những gì nằm ngoài”, Bhupal Dev, trợ lý giáo sư vật lý của Arts & Science và tác giả của một nghiên cứu mới trong Thư đánh giá vật lý .
Cho đến nay, tất cả các nghiên cứu tương tác phi tiêu chuẩn tại IceCube chỉ tập trung vào dữ liệu neutrino trong khí quyển năng lượng thấp. Cơ chế ‘nổ Zee’ cung cấp một công cụ mới để thăm dò các tương tác phi tiêu chuẩn bằng cách sử dụng neutrino năng lượng cực cao tại IceCube.
Sự kiện năng lượng cực cao
Kể từ khi phát hiện ra dao động neutrino hai thập kỷ trước đã giành giải thưởng Nobel vật lý năm 2015, các nhà khoa học đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc tìm hiểu các tính chất của neutrino – nhưng vẫn còn rất nhiều câu hỏi chưa được trả lời.
Ví dụ, thực tế là neutrino có khối lượng nhỏ như vậy đã yêu cầu các nhà khoa học xem xét các lý thuyết vượt ra ngoài mô hình chuẩn. Trong các lý thuyết như vậy, neutrino có thể có các tương tác phi tiêu chuẩn mới với vật chất khi chúng truyền qua nó, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến các phép đo chính xác trong tương lai của chúng.
Vào năm 2012, sự hợp tác của IceCube đã báo cáo quan sát đầu tiên về neutrino năng lượng cực cao từ các nguồn ngoài trái đất, mở ra một cửa sổ mới để nghiên cứu các tính chất neutrino ở năng lượng cao nhất có thể. Kể từ khám phá đó, IceCube đã báo cáo khoảng 100 sự kiện neutrino năng lượng cực cao như vậy.
Nhóm nghiên cứu của Dev ngay lập tức nhận ra rằng điều này có thể cho chúng ta một cách mới để tìm kiếm các hạt kỳ lạ như các đối tác siêu đối xứng và vật chất tối phân rã nặng nề. Trong nhiều năm trước, ông đã tìm mọi cách để tìm ra tín hiệu của vật lý mới ở các thang năng lượng khác nhau và đã đồng tác giả nửa tá bài nghiên cứu về các khả năng.
“Chiến lược chung mà tôi tuân theo trong tất cả các tác phẩm này là tìm kiếm các đặc điểm dị thường trong phổ sự kiện được quan sát, sau đó có thể được hiểu là một dấu hiệu khả dĩ của vật lý mới”, ông nói.
Tính năng ngoạn mục nhất sẽ là sự cộng hưởng: những gì các nhà vật lý chứng kiến như một sự tăng cường đáng kể các sự kiện trong một cửa sổ năng lượng hẹp. Dev dành thời gian của mình để suy nghĩ về các kịch bản mới có thể làm phát sinh tính năng cộng hưởng như vậy. Đó là nơi mà ý tưởng cho công việc hiện tại đến từ.
Trong mô hình tiêu chuẩn, neutrino năng lượng cực cao có thể tạo ra W-boson khi cộng hưởng. Quá trình này được gọi là cộng hưởng Glashow đã được nhìn thấy tại IceCube, theo kết quả sơ bộ được trình bày tại hội nghị Neutrino 2018.
Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng các tính năng cộng hưởng tương tự có thể được tạo ra do ánh sáng mới, các hạt tích điện, cung cấp một cách mới để thăm dò các tương tác neutrino không chuẩn.
Bùng nổ vào cảnh neutrino
Dev và đồng tác giả Kaladi Babu tại Đại học bang Oklahoma đã coi mô hình Zee, một mô hình phổ biến của thế hệ khối neutrino phóng xạ như một nguyên mẫu cho nghiên cứu của họ. Mô hình này cho phép các vô hướng tích điện có trọng lượng nhẹ gấp 100 lần khối lượng proton.
Những tia Zee tích điện nhẹ này có thể tạo ra tính năng cộng hưởng giống như Glashow trong phổ sự kiện neutrino năng lượng cực cao tại Đài quan sát IceCube Neutrino.
Vì cộng hưởng mới liên quan đến các vô hướng tích điện trong mô hình Zee, họ đã quyết định gọi nó là ‘Zee nổ’.
Yicong Sui tại Đại học Washington và Sudip Jana tại bang Oklahoma, cả hai sinh viên tốt nghiệp ngành vật lý và đồng tác giả của nghiên cứu này, đã thực hiện mô phỏng sự kiện và phân tích dữ liệu rộng rãi cho thấy có thể phát hiện cộng hưởng mới như vậy bằng dữ liệu IceCube.
“Chúng tôi cần thời gian phơi sáng hiệu quả ít nhất gấp bốn lần mức phơi sáng hiện tại đủ nhạy để phát hiện cộng hưởng mới – vì vậy sẽ mất khoảng 30 năm với thiết kế IceCube hiện tại, nhưng chỉ ba năm IceCube-Gen 2,” Dev cho biết, đề cập đến việc mở rộng thế hệ tiếp theo của IceCube với khối lượng máy dò 10 km3.
“Đây là một cách hiệu quả để tìm kiếm các vô hướng tích điện mới tại IceCube, bổ sung cho các tìm kiếm trực tiếp cho các hạt này tại Máy Va chạm Hadron Lớn.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Washington ở St. Louis . Bản gốc được viết bởi Talia Ogliore. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :