Get best of the week

Dari Cina ke Kutub Selatan: Menggabungkan kekuatan untuk memecahkan teka-teki massa neutrino

gambar

Salah satu masalah paling menarik dari fisika modern adalah penentuan orde massa neutrino. Fisikawan dari kelompok keunggulan PRISMA + di Universitas Johannes Gutenberg Mainz (JGU) memainkan peran utama dalam studi baru yang menunjukkan bahwa misteri pemesanan massa neutrino akhirnya dapat dipecahkan dalam beberapa tahun mendatang.Ini akan terjadi berkat implementasi bersama dari dua eksperimen neutrino baru, yang sedang dalam pengembangan-modernisasi eksperimen IceCube di Kutub Selatan dan Observatorium Neutrino Jiangmen Underground (JUNO) di Tiongkok. Segera mereka akan memberikan fisikawan akses ke data yang jauh lebih sensitif dan komplementer pada urutan massa neutrino.

Neutrino adalah bunglon di antara partikel-partikel unsur.


Neutrino diproduksi oleh sumber-sumber alami - misalnya, di perut Matahari atau benda-benda astronomi lainnya - serta dalam jumlah besar oleh pembangkit listrik tenaga nuklir. Namun, mereka dapat melewati materi biasa - seperti tubuh manusia - hampir tanpa hambatan, tanpa meninggalkan jejak kehadiran mereka. Ini berarti bahwa diperlukan metode yang sangat kompleks yang membutuhkan penggunaan detektor masif untuk mengamati reaksi langka acak yang melibatkan "partikel hantu" ini.

Ada tiga jenis neutrino: neutrino elektronik, muonik, dan tau. Mereka dapat bervariasi dari satu jenis ke yang lain, dan para ilmuwan menyebut fenomena ini "osilasi neutrino". Massa partikel dapat ditentukan dengan mengamati pola getaran. Selama bertahun-tahun, fisikawan telah mencoba menentukan mana dari ketiga jenis neutrino yang paling ringan dan mana yang paling berat. Profesor Michael Wurm, seorang ahli fisika dari kelompok keunggulan PRISMA +, yang memainkan peran penting dalam melakukan eksperimen JUNO di Tiongkok, menjelaskan: “Kami percaya bahwa jawaban untuk pertanyaan ini akan memberikan kontribusi yang signifikan dan akan memungkinkan kami untuk mengumpulkan data jangka panjang tentang pelanggaran simetri materi dan antimateri di sektor neutrino. Kemudian, dengan menggunakan data ini, kami berharap untuk menemukan sekali dan untuk semua mengapa materi dan antimateri belum sepenuhnya saling menghancurkan setelah Big Bang. "

Kolaborasi global menguntungkan


Kedua percobaan skala besar menggunakan metode yang sangat berbeda dan saling melengkapi untuk memecahkan teka-teki pemesanan massa neutrino. "Pendekatan yang jelas adalah untuk menggabungkan hasil yang diharapkan dari kedua percobaan," kata Profesor Sebastian Bezer dari cluster PRISMA +, juga seorang peneliti neutrino dan salah satu peserta utama dalam percobaan IceCube.

Tidak lebih cepat dikatakan daripada dilakukan. Dalam jurnal Physical Review D, para peneliti dari IceCube dan kolaborasi JUNO menerbitkan analisis bersama percobaan mereka. Untuk ini, penulis memodelkan data eksperimen yang diprediksi tergantung pada waktu pengukuran untuk setiap percobaan. Hasilnya bervariasi tergantung pada apakah massa neutrino berada dalam urutan normal atau terbalik (terbalik). Fisikawan kemudian melakukan uji statistik di mana mereka menerapkan analisis gabungan untuk hasil simulasi dari kedua percobaan. Ini mengungkapkan tingkat kepekaan yang dapat digunakan oleh kedua percobaan dalam kombinasi untuk memprediksi urutan yang benar atau, lebih tepatnya, menghilangkan urutan yang salah. Karena pola osilasi yang diamati pada JUNO dan IceCube tergantung pada pemesanan aktual dari massa neutrino dengan cara yang spesifik untuk setiap percobaan,tes gabungan memiliki kemampuan membedakan secara signifikan lebih tinggi daripada hasil eksperimen individu. Dengan demikian, kombinasi ini pada akhirnya akan menghilangkan urutan massa neutrino yang salah selama periode pengukuran dari tiga hingga tujuh tahun.

"Dalam hal ini, keseluruhannya benar-benar lebih besar dari jumlah bagian-bagiannya," simpul Sebastian Bezer. "Di sini kita memiliki bukti yang jelas tentang efektivitas pendekatan eksperimental pelengkap ketika datang untuk memecahkan teka-teki neutrino yang tersisa." "Tidak ada percobaan yang dapat mencapai ini sendiri, baik itu pembaruan untuk IceCube, JUNO, atau yang lainnya yang diluncurkan saat ini," tambah Michael Wurm. "Selain itu, itu hanya menunjukkan apa yang dapat dicapai fisikawan dengan bekerja bersama."

Baca lebih banyak artikel di saluran Telegram saya Saluran Quant (@proquantum) yang
didedikasikan untuk fisika, mekanika kuantum, dan astrofisika.
Berlangganan dan perluas pengetahuan Anda!

More articles:


All Articles