Международная команда ученых, в которую вошли сотрудники МГУ им. М.В. Ломоносова, проверила точность алгоритма GENIE, который используется для определения энергии нейтрино, попавшего на детектор, с помощью известной энергии электронов. Исследование обнаружило серьезные недочеты моделей. Результаты работы позволят исправить ошибки в алгоритмах перед будущими экспериментами с нейтрино и помогут лучше понять, как нейтрино взаимодействует с веществом. Статья опубликована в журнале Nature.
Нейтрино — нейтральные фундаментальные частицы, которые появляются в звездах и распространяются по всей Вселенной. Однако они плохо взаимодействуют с материей, что затрудняет их изучение. Один из способов исследования — установка гигантских сверхчувствительных детекторов глубоко под землей. Такие детекторы содержат элементы с тяжелыми ядрами, с которыми нейтрино взаимодействуют с большей вероятностью. Это взаимодействие приводит к появлению других частиц, которые уже можно уловить детектором.
Для восстановления по полученным данным информации о нейтрино используются различные методы моделирования. Например, алгоритм GENIE позволяет делать выводы об энергиях нейтрино, попавших в детектор. Однако очень сложно напрямую проверить точность GENIE. Чтобы решить этот вопрос, международная команда ученых решила использовать гораздо лучше изученные элементарные частицы — электроны. И нейтрино, и электрон имеют полуцелый спин, принадлежат к классу лептонов и не вступают в сильное взаимодействие. Авторы использовали алгоритмы GENIE, чтобы рассчитать известную заранее энергию электронов.
«Изучалось рассеяние электронов на ядрах (гелий, углерод, железо) с вылетом одного протона. Используя сходство электронно-ядерного (векторный ток) и нейтринно-ядерного (векторный плюс аксиальный ток) взаимодействий, такой процесс можно сымитировать, используя модели, использующиеся в нейтринных экспериментах. Сравнивая измеренное сечение рассеяния с моделированным, можно тестировать процедуры восстановления энергии нейтрино, а также различные модели нейтринного взаимодействия», — рассказывает старший научный сотрудник Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ Евгений Исупов.
Входные данные были получены на Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона Министерства энергетики США в экспериментах, где из ядер гелия, углерода и железа получали электрон и протон. Эти ядра аналогичны материалам, используемым в детекторах нейтринных экспериментов.
Результаты исследования указали на аспекты модели, которые необходимо улучшить, так как они дают существенные погрешности при расчете энергии нейтрино. Следующим шагом станет тестирование конкретных ядер-мишеней, представляющих интерес для исследователей нейтрино, в более широком спектре энергий электронов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
