快捷搜索:  www.ymwears.cn

研究人员开发了一种新的方法来模拟尚未证实的罕见核过程

来自密歇根州立大学(MSU)稀有同位素束(FRIB)实验室的研究人员在理论第一性原理描述无中微子双贝塔衰变方面迈出了重要的一步。观测这个尚未被证实的罕见核过程将对粒子物理学和宇宙学产生重要的影响。理论模拟是必不可少的计划和评估提出的实验。研究小组在最近发表在《物理评论快报》上的一篇文章中展示了他们的研究结果。

FRIB理论学家姚江明,研究助理和该研究的主要作者,Roland Wirth,研究助理,和Heiko Hergert,助理教授,是一个关于基本对称性和无中微子双贝塔衰变专题合作的成员。美国能源部科学办公室核物理办公室资助了这次专题合作。理论家们与来自北卡罗莱纳大学教堂山分校和西班牙马德里自治大学的外部合作者共同合作。他们的工作是理论计算完全受控和量化不确定度的无中微子双贝塔衰变率的一个重要里程碑。

提出了一种介质发电机坐标法(IM-GCM)。这是一种新的方法来模拟核子之间的相互作用,能够描述这个衰变候选核的复杂结构。首次应用IM-GCM计算钙-48核的无中微子双衰变率,为理论不确定性可控的其他候选粒子的探索奠定了基础。

在无中微子双贝塔衰变中,两个质子同时转化为中子,而不发射在更典型的弱相互作用过程中出现的两个中微子。如果存在的话,这将是一个极其罕见的衰变,其半衰期预计将超过10的10次方年(1加上25个0),这意味着在这极其漫长的时间里,有一半的原子核样本将经历了无中微子的双衰变。

它的观测结果将证明中微子本身就是反粒子。每一个亚原子粒子都有一个相应的反粒子,它具有相同的质量,但具有相等和相反的电荷。粒子和反粒子可以相互湮灭,只留下能量。因此,在无中微子双贝塔衰变中不会观察到中微子。对无中微子双贝塔衰变的观察将表明,轻子数守恒定律在自然界中被违反了。这有助于解释为什么宇宙中包含的物质比反物质多,反物质是由上述的反粒子组成的。这一观测结果也将指导人们完成粒子物理学的标准模型。

“在这个尚未被证实的衰变中,中微子的缺失使得确定中微子的质量成为可能,”Hergert说。“这些质量是宇宙演化模型中的一个重要参数。理论衰变率是从测量寿命中提取中微子质量的关键因素,或者至少为这些量提供了新的上限。”

像作者提出的理论计算也将有助于确定大规模无中微子双贝塔衰变实验所需的探测器的大小。

开发和实现基本对称测试是FRIB任务的重要组成部分。FRIB实验探索了无中微子双衰变候选体及其邻近同位素的结构,这些结构影响衰变可能发生的速率。为这项研究开发的理论方法现在可以应用于其他在FRIB研究的具有复杂结构的原子核。

您可能还会对下面的文章感兴趣: