First Measurement of π+-Ar and p-Ar Total Inelastic Cross Sections in the Sub-GeV Energy Regime with ProtoDUNE-SP Data
باستخدام بيانات من كاشف ProtoDUNE-SP في سيرن، يقدم هذا البحث أول قياسات للمقاطع العرضية غير المرنة الكلية لتفاعلات π+-Ar و p-Ar في نظام طاقة دون الجيجا إلكترون فولت، مما يوفر قيوداً أساسية لنماذج تفاعل النيوترينو-أرغون الضرورية لتجربة DUNE القادمة.
المؤلفون الأصليون: DUNE Collaboration, S. Abbaslu, F. Abd Alrahman, A. Abed Abud, R. Acciarri, L. P. Accorsi, M. A. Acero, M. R. Adames, G. Adamov, M. Adamowski, C. Adriano, F. Akbar, F. Alemanno, N. S. Alex, L. Aliaga Soplin, K. Allison, M. Alrashed, A. Alton, R. Alvarez, T. Alves, A. Aman, H. Amar, P. Amedo, J. Anderson, D. A. Andrade, C. Andreopoulos, M. Andreotti, M. P. Andrews, F. Andrianala, S. Andringa, F. Anjarazafy, S. Ansarifard, D. Antic, M. Antoniassi, A. Aranda-Fernandez, T. Araya-Santander, L. Arellano, E. Arrieta Diaz, M. A. Arroyave, M. Artero Pons, J. Asaadi, M. Ascencio, A. Ashkenazi, D. Asner, L. Asquith, E. Atkin, D. Auguste, A. Aurisano, V. Aushev, D. Autiero, D. Ávila Gómez, M. B. Azam, F. Azfar, J. J. Back, Y. Bae, I. Bagaturia, L. Bagby, D. Baigarashev, S. Balasubramanian, A. Balboni, P. Baldi, W. Baldini, J. Baldonedo, B. Baller, B. Bambah, F. Barao, D. Barbu, G. Barenboim, P. Barham Alzás, G. J. Barker, W. Barkhouse, G. Barr, A. Barros, N. Barros, D. Barrow, J. L. Barrow, A. Basharina-Freshville, A. Bashyal, V. Basque, M. Bassani, D. Basu, C. Batchelor, L. Bathe-Peters, J. B. R. Battat, F. Battisti, J. Bautista, F. Bay, J. L. L. Bazo Alba, J. F. Beacom, E. Bechetoille, B. Behera, E. Belchior, B. Bell, G. Bell, L. Bellantoni, G. Bellettini, V. Bellini, O. Beltramello, A. Belyaev, C. Benitez Montiel, D. Benjamin, F. Bento Neves, J. Berger, S. Berkman, J. Bermudez, J. Bernal, P. Bernardini, A. Bersani, E. Bertholet, E. Bertolini, S. Bertolucci, M. Betancourt, A. Betancur Rodríguez, Y. Bezawada, A. T. Bezerra, A. Bhat, V. Bhatnagar, M. Bhattacharjee, S. Bhattacharjee, M. Bhattacharya, S. Bhuller, B. Bhuyan, S. Biagi, J. Bian, K. Biery, B. Bilki, M. Bishai, P. Bishop, A. Blake, F. D. Blaszczyk, G. C. Blazey, E. Blucher, A. Bodek, B. Bogart, J. Boissevain, S. Bolognesi, T. Bolton, L. Bomben, M. Bonesini, C. Bonilla-Diaz, A. Booth, F. Boran, C. Borden, R. Borges Merlo, N. Bostan, G. Botogoske, B. Bottino, R. Bouet, J. Boza, J. Bracinik, B. Brahma, D. Brailsford, F. Bramati, A. Branca, A. Brandt, J. Bremer, S. J. Brice, V. Brio, C. Brizzolari, C. Bromberg, J. Brooke, A. Bross, G. Brunetti, M. B. Brunetti, N. Buchanan, H. Budd, J. Buergi, A. Bundock, D. Burgardt, S. Butchart, G. Caceres V., R. Calabrese, R. Calabrese, J. Calcutt, L. Calivers, E. Calvo, A. Caminata, A. F. Camino, W. Campanelli, A. Campani, A. Campos Benitez, N. Canci, J. Capó, I. Caracas, D. Caratelli, D. Carber, J. M. Carceller, G. Carini, B. Carlus, M. F. Carneiro, P. Carniti, I. Caro Terrazas, H. Carranza, N. Carrara, L. Carroll, T. Carroll, A. Carter, E. Casarejos, D. Casazza, J. F. Castaño Forero, F. A. Castaño, C. Castromonte, E. Catano-Mur, C. Cattadori, F. Cavalier, F. Cavanna, E. F. Ceceña-Avendaño, S. Centro, G. Cerati, C. Cerna, A. Cervelli, A. Cervera Villanueva, J. Chakrani, M. Chalifour, A. Chappell, A. Chatterjee, B. Chauhan, C. Chavez Barajas, H. Chen, M. Chen, W. C. Chen, Y. Chen, Z. Chen, D. Cherdack, S. S. Chhibra, C. Chi, F. Chiapponi, R. Chirco, N. Chitirasreemadam, K. Cho, S. Choate, G. Choi, D. Chokheli, P. S. Chong, B. Chowdhury, D. Christian, M. Chung, E. Church, M. F. Cicala, M. Cicerchia, V. Cicero, R. Ciolini, P. Clarke, G. Cline, A. G. Cocco, J. A. B. Coelho, A. Cohen, J. Collazo, J. Collot, H. Combs, J. M. Conrad, L. Conti, T. Contreras, M. Convery, K. Conway, S. Copello, P. Cova, C. Cox, L. Cremonesi, J. I. Crespo-Anadón, M. Crisler, E. Cristaldo, J. Crnkovic, G. Crone, R. Cross, T. Cruz, A. Cudd, C. Cuesta, Y. Cui, F. Curciarello, D. Cussans, J. Dai, O. Dalager, W. Dallaway, R. D'Amico, H. da Motta, Z. A. Dar, R. Darby, L. Da Silva Peres, Q. David, G. S. Davies, S. Davini, J. Dawson, R. De Aguiar, P. Debbins, M. P. Decowski, A. de Gouvêa, P. C. De Holanda, P. De Jong, P. Del Amo Sanchez, G. De Lauretis, A. Delbart, M. Delgado, A. Dell'Acqua, G. Delle Monache, N. Delmonte, P. De Lurgio, G. De Matteis, J. R. T. de Mello Neto, A. P. A. De Mendonca, D. M. DeMuth, S. Dennis, C. Densham, P. Denton, G. W. Deptuch, A. De Roeck, V. De Romeri, J. P. Detje, J. Devine, K. Dhanmeher, R. Dharmapalan, M. Dias, A. Diaz, J. S. Díaz, F. Díaz, F. Di Capua, A. Di Domenico, S. Di Domizio, S. Di Falco, L. Di Giulio, P. Ding, L. Di Noto, E. Diociaiuti, G. Di Sciascio, V. Di Silvestre, C. Distefano, R. Di Stefano, R. Diurba, M. Diwan, Z. Djurcic, S. Dolan, M. Dolce, M. J. Dolinski, D. Domenici, S. Dominguez, S. Donati, S. Doran, D. Douglas, T. A. Doyle, F. Drielsma, D. J. Drobner, D. Duchesneau, K. Duffy, K. Dugas, P. Dunne, B. Dutta, D. A. Dwyer, A. S. Dyshkant, S. Dytman, M. Eads, A. Earle, S. Edayath, D. Edmunds, J. Eisch, S. Elias, W. Emark, P. Englezos, A. Ereditato, T. Erjavec, C. O. Escobar, J. J. Evans, E. Ewart, A. C. Ezeribe, K. Fahey, A. Falcone, M. Fani', D. Faragher, C. Farnese, Y. Farzan, J. Felix, Y. Feng, M. Ferreira da Silva, G. Ferry, E. Fialova, L. Fields, P. Filip, A. Filkins, F. Filthaut, G. Fiorillo, M. Fiorini, S. Fogarty, W. Foreman, B. Fossing, J. Fowler, J. Franc, K. Francis, D. Franco, J. Franklin, J. Freeman, J. Fried, A. Friedland, M. Fucci, S. Fuess, I. K. Furic, K. Furman, A. P. Furmanski, R. Gaba, A. Gabrielli, A. M. Gago, F. Galizzi, H. Gallagher, M. Galli, N. Gallice, V. Galymov, E. Gamberini, T. Gamble, R. Gan, R. Gandhi, S. Ganguly, F. Gao, S. Gao, A. Garcia, D. Garcia-Gamez, M. Á. García-Peris, F. Gardim, S. Gardiner, A. Gartman, A. Gauch, P. Gauzzi, G. Ge, N. Geffroy, B. Gelli, S. Gent, L. Gerlach, A. Ghosh, T. Giammaria, D. Gibin, I. Gil-Botella, A. Gioiosa, S. Giovannella, A. K. Giri, V. Giusti, D. Gnani, O. Gogota, S. Gollapinni, K. Gollwitzer, R. A. Gomes, L. S. Gomez Fajardo, D. Gonzalez-Diaz, J. Gonzalez-Santome, M. C. Goodman, S. Goswami, C. Gotti, J. Goudeau, C. Grace, E. Gramellini, R. Gran, P. Granger, C. Grant, D. R. Gratieri, G. Grauso, P. Green, S. Greenberg, W. C. Griffith, A. Gruber, K. Grzelak, L. Gu, W. Gu, V. Guarino, M. Guarise, R. Guenette, M. Guerzoni, D. Guffanti, A. Guglielmi, F. Y. Guo, A. Gupta, V. Gupta, G. Gurung, D. Gutierrez, P. Guzowski, M. M. Guzzo, S. Gwon, A. Habig, L. Haegel, R. Hafeji, L. Hagaman, A. Hahn, J. Hakenmüller, A. Hambardzumyan, T. Hamernik, P. Hamilton, J. Hancock, M. Handley, F. Happacher, B. Harris, D. A. Harris, L. Harris, A. L. Hart, J. Hartnell, T. Hartnett, J. Harton, T. Hasegawa, C. M. Hasnip, K. Hassinin, R. Hatcher, S. Hawkins, J. Hays, M. He, A. Heavey, K. M. Heeger, A. Heindel, J. Heise, P. Hellmuth, L. Henderson, J. Hernández, M. A. Hernandez Morquecho, K. Herner, V. Hewes, A. Higuera, K. Hildebrandt, A. Himmel, E. Hinkle, L. R. Hirsch, J. Ho, J. Hoefken Zink, J. Hoff, A. Holin, T. Holvey, C. Hong, S. Horiuchi, G. A. Horton-Smith, R. Hosokawa, T. Houdy, B. Howard, I. Hristova, M. S. Hronek, Y. Hua, J. Huang, R. G. Huang, X. Huang, Z. Hulcher, A. Hussain, G. Iles, N. Ilic, A. M. Iliescu, R. Illingworth, F. Imamoglu, G. Ingratta, A. Ioannisian, M. Ismerio Oliveira, C. M. Jackson, A. Jacobi, V. Jain, E. James, W. Jang, B. Jargowsky, D. Jena, I. Jentz, C. Jiang, J. Jiang, A. Jipa, J. H. Jo, F. R. Joaquim, W. Johnson, C. Jollet, R. Jones, M. Joshi, N. Jovancevic, M. Judah, C. K. Jung, K. Y. Jung, T. Junk, Y. Jwa, M. Kabirnezhad, A. C. Kaboth, I. Kadenko, O. Kalikulov, D. Kalra, M. Kandemir, S. Kar, G. Karagiorgi, G. Karaman, A. Karcher, Y. Karyotakis, S. P. Kasetti, L. Kashur, A. Kauther, N. Kazaryan, L. Ke, E. Kearns, P. T. Keener, K. J. Kelly, R. Keloth, O. Kemularia, J. Kerby, Y. Kermaidic, W. Ketchum, S. H. Kettell, N. Khan, A. Khvedelidze, D. Kim, J. Kim, M. J. Kim, S. Kim, B. King, M. King, M. Kirby, A. Kish, J. Klein, J. Kleykamp, A. Klustova, T. Kobilarcik, L. Koch, K. Koehler, L. W. Koerner, D. H. Koh, M. Kordosky, T. Kosc, V. A. Kostelecký, I. Kotler, W. Krah, R. Kralik, M. Kramer, F. Krennrich, T. Kroupova, S. Kubota, M. Kubu, V. A. Kudryavtsev, G. Kufatty, S. Kuhlmann, A. Kumar, J. Kumar, M. Kumar, P. Kumar, P. Kumar, S. Kumaran, J. Kunzmann, V. Kus, T. Kutter, J. Kvasnicka, T. Labree, M. Lachat, T. Lackey, I. Lalău, A. Lambert, B. J. Land, C. E. Lane, N. Lane, K. Lang, M. Langstaff, F. Lanni, J. Larkin, P. Lasorak, D. Last, A. Laundrie, G. Laurenti, E. Lavaut, W. Lavrijsen, H. Lay, I. Lazanu, R. LaZur, M. Lazzaroni, S. Leardini, J. Learned, T. LeCompte, G. Lehmann Miotto, R. Lehnert, M. Leitner, H. Lemoine, D. Leon Silverio, L. M. Lepin, J. -Y. Li, S. W. Li, Y. Li, R. Lima, C. S. Lin, D. Lindebaum, S. Linden, A. Lister, B. R. Littlejohn, J. Liu, Y. Liu, M. Lkhagvadorj, S. Lockwitz, I. Lomidze, J. Lopez, I. López de Rego, N. López-March, J. M. LoSecco, A. Lozano Sanchez, X. -G. Lu, K. B. Luk, X. Luo, E. Luppi, A. A. Machado, P. Machado, C. T. Macias, J. R. Macier, M. MacMahon, S. Magill, C. Magueur, K. Mahn, A. Maio, N. Majeed, A. Major, K. Majumdar, A. Malige, S. Mameli, M. Man, R. C. Mandujano, J. Maneira, S. Manly, K. Manolopoulos, M. Manrique Plata, S. Manthey Corchado, L. Manzanillas-Velez, E. Mao, M. Marchan, A. Marchionni, D. Marfatia, C. Mariani, J. Maricic, F. Marinho, A. D. Marino, T. Markiewicz, F. Das Chagas Marques, M. Marshak, C. M. Marshall, J. Marshall, L. Martina, J. Martín-Albo, D. A. Martinez Caicedo, M. Martinez-Casales, F. Martínez López, S. Martynenko, V. Mascagna, A. Mastbaum, M. Masud, F. Matichard, G. Matteucci, J. Matthews, C. Mauger, N. Mauri, K. Mavrokoridis, I. Mawby, T. McAskill, N. McConkey, B. McConnell, K. S. McFarland, C. McGivern, C. McGrew, A. McNab, C. McNulty, J. Mead, L. Meazza, V. C. N. Meddage, A. Medhi, M. Mehmood, B. Mehta, P. Mehta, F. Mei, P. Melas, L. Mellet, T. C. D. Melo, O. Mena, H. Mendez, D. P. Méndez, A. Menegolli, G. Meng, A. C. E. A. Mercuri, A. Meregaglia, M. D. Messier, S. Metallo, W. Metcalf, M. Mewes, H. Meyer, T. Miao, J. Micallef, A. Miccoli, G. Michna, R. Milincic, F. Miller, G. Miller, W. Miller, A. Minotti, L. Miralles Verge, C. Mironov, S. Miscetti, C. S. Mishra, P. Mishra, S. R. Mishra, D. Mladenov, I. Mocioiu, A. Mogan, R. Mohanta, T. A. Mohayai, N. Mokhov, J. Molina, L. Molina Bueno, E. Montagna, A. Montanari, C. Montanari, D. Montanari, D. Montanino, L. M. Montaño Zetina, M. Mooney, A. F. Moor, M. Moore, Z. Moore, D. Moreno, G. Moreno-Granados, O. Moreno-Palacios, L. Morescalchi, E. Motuk, C. A. Moura, W. Mu, L. Mualem, J. Mueller, M. Muether, A. Muir, Y. Mukhamejanov, A. Mukhamejanova, M. Mulhearn, D. Munford, L. J. Munteanu, H. Muramatsu, J. Muraz, M. Murphy, T. Murphy, A. Mytilinaki, J. Nachtman, Y. Nagai, S. Nagu, H. Nam, D. Naples, S. Narita, J. Nava, A. Navrer-Agasson, N. Nayak, M. Nebot-Guinot, A. Nehm, J. K. Nelson, O. Neogi, J. Nesbit, M. Nessi, D. Newbold, M. Newcomer, D. Newmark, R. Nichol, F. J. Nicolas-Arnaldos, A. Nielsen, A. Nikolica, J. Nikolov, E. Niner, X. Ning, K. Nishimura, A. Norman, A. Norrick, P. Novella, A. Nowak, J. A. Nowak, M. Oberling, J. P. Ochoa-Ricoux, S. Oh, S. B. Oh, A. Olivier, T. Olson, Y. Onel, Y. Onishchuk, A. Oranday, M. Osbiston, J. A. Osorio Vélez, J. E. Ossa Sanchez, L. O'Sullivan, L. Otiniano Ormachea, L. Pagani, O. Palamara, S. Palestini, J. M. Paley, M. Pallavicini, C. Palomares, S. Pan, M. Panareo, P. Panda, V. Pandey, W. Panduro Vazquez, E. Pantic, V. Paolone, A. Papadopoulou, R. Papaleo, D. Papoulias, S. Paramesvaran, J. Park, J. Park, S. Parke, S. Parsa, S. Parveen, M. Parvu, D. Pasciuto, S. Pascoli, L. Pasqualini, G. Patel, J. L. Paton, C. Patrick, L. Patrizii, R. B. Patterson, T. Patzak, A. Paudel, J. Paul, L. Paulucci, Z. Pavlovic, G. Pawloski, D. Payne, A. Peake, V. Pec, E. Pedreschi, S. J. M. Peeters, L. Pelegrina-Gutiérrez, W. Pellico, E. Pennacchio, A. Penzo, O. L. G. Peres, Y. F. Perez Gonzalez, L. Pérez-Molina, C. Pernas, J. Perry, D. Pershey, G. Pessina, G. Petrillo, C. Petta, R. Petti, M. Pfaff, V. Pia, G. M. Piacentino, L. Pickering, L. Pierini, F. Pietropaolo, V. L. Pimentel, G. Pinaroli, S. Pincha, J. Pinchault, K. Pitts, P. Plesniak, K. Pletcher, K. Plows, C. Pollack, T. Pollmann, F. Pompa, X. Pons, N. Poonthottathil, F. Poppi, J. Porter, L. G. Porto Paixão, M. Potekhin, M. Pozzato, R. Pradhan, T. Prakash, M. Prest, F. Psihas, D. Pugnere, D. Pullia, X. Qian, J. Queen, J. L. Raaf, V. Radeka, J. Rademacker, F. Raffaelli, A. Rafique, U. Rahaman, A. Rahe, S. Rajagopalan, M. Rajaoalisoa, I. Rakhno, L. Rakotondravohitra, M. A. Ralaikoto, L. Ralte, M. A. Ramirez Delgado, B. Ramson, S. S. Randriamanampisoa, A. Rappoldi, G. Raselli, T. Rath, P. Ratoff, R. Raut, R. Ray, H. Razafinime, R. F. Razakamiandra, E. M. Rea, J. S. Real, B. Rebel, R. Rechenmacher, M. Reggiani-Guzzo, J. Reichenbacher, S. D. Reitzner, E. Renner, S. Repetto, S. Rescia, F. Resnati, C. Reynolds, M. Ribas, S. Riboldi, C. Riccio, G. Riccobene, J. S. Ricol, M. Rigan, A. Rikalo, A. Ritchie-Yates, D. Rivera, A. Robert, A. Roberts, E. Robles, A. Roche, M. Roda, D. Rodas Rodríguez, M. J. O. Rodrigues, J. Rodriguez Rondon, S. Rosauro-Alcaraz, P. Rosier, D. Ross, M. Rossella, M. Ross-Lonergan, T. Rotsy, N. Roy, P. Roy, P. Roy, C. Rubbia, D. Rudik, A. Ruggeri, G. Ruiz Ferreira, K. Rushiya, B. Russell, S. Sacerdoti, N. Saduyev, S. Saha, S. K. Sahoo, N. Sahu, S. Sakhiyev, P. Sala, G. Salmoria, S. Samanta, M. C. Sanchez, A. Sánchez-Castillo, P. Sanchez-Lucas, D. A. Sanders, S. Sanfilippo, D. Santoro, N. Saoulidou, P. Sapienza, I. Sarcevic, I. Sarra, L. Sauer, G. Savage, V. Savinov, A. Scanu, A. Scaramelli, T. Schefke, H. Schellman, S. Schifano, P. Schlabach, D. Schmitz, A. W. Schneider, K. Scholberg, A. Schroeder, A. Schukraft, B. Schuld, S. Schwartz, A. Segade, H. Segal, E. Segreto, A. Selyunin, D. Senadheera, C. R. Senise, J. Sensenig, S. H. Seo, D. Seppela, M. H. Shaevitz, P. Shanahan, P. Sharma, R. Kumar, S. Sharma Poudel, K. Shaw, T. Shaw, K. Shchablo, J. Shen, C. Shepherd-Themistocleous, J. Shi, W. Shi, S. Shin, S. Shivakoti, A. Shmakov, I. Shoemaker, D. Shooltz, R. Shrock, M. Siden, J. Silber, L. Simard, J. Sinclair, G. Sinev, Jaydip Singh, J. Singh, L. Singh, P. Singh, V. Singh, S. Singh Chauhan, R. Sipos, C. Sironneau, G. Sirri, K. Siyeon, K. Skarpaas, J. Smedley, J. Smith, P. Smith, J. Smolik, M. Smy, M. Snape, E. L. Snider, P. Snopok, M. Soares Nunes, H. Sobel, M. Soderberg, H. Sogarwal, C. J. Solano Salinas, S. Söldner-Rembold, N. Solomey, V. Solovov, W. E. Sondheim, T. Sonius, M. Sorbara, M. Sorel, J. Soto-Oton, A. Sousa, K. Soustruznik, D. Souza Correia, F. Spinella, J. Spitz, N. J. C. Spooner, D. Stalder, M. Stancari, L. Stanco, J. Steenis, R. Stein, H. M. Steiner, A. F. Steklain Lisbôa, J. Stewart, B. Stillwell, J. Stock, T. Stokes, T. Strauss, L. Strigari, A. Stuart, W. Su, J. Subash, A. Surdo, L. Suter, A. Sutton, K. Sutton, Y. Suvorov, R. Svoboda, S. K. Swain, C. Sweeney, B. Szczerbinska, A. M. Szelc, A. Sztuc, A. Taffara, N. Talukdar, J. Tamara, H. A. Tanaka, S. Tang, N. Taniuchi, A. M. Tapia Casanova, A. Tapper, S. Tariq, E. Tatar, R. Tayloe, A. M. Teklu, K. Tellez Giron Flores, J. Tena Vidal, P. Tennessen, M. Tenti, K. Terao, F. Terranova, G. Testera, T. Thakore, A. Thea, S. Thomas, A. Thompson, C. Thorpe, S. C. Timm, E. Tiras, V. Tishchenko, S. Tiwari, N. Todorović, L. Tomassetti, A. Tonazzo, D. Torbunov, D. Torres Muñoz, M. Torti, M. Tortola, Y. Torun, N. Tosi, D. Totani, M. Toups, C. Touramanis, V. Trabattoni, D. Tran, J. Trevor, E. Triller, S. Trilov, D. Trotta, J. Truchon, D. Truncali, W. H. Trzaska, Y. Tsai, Y. -T. Tsai, Z. Tsamalaidze, K. V. Tsang, N. Tsverava, S. Z. Tu, S. Tufanli, C. Tunnell, S. Turnberg, J. Turner, M. Tuzi, M. Tzanov, M. A. Uchida, J. Ureña González, J. Urheim, T. Usher, H. Utaegbulam, S. Uzunyan, M. R. Vagins, P. Vahle, G. A. Valdiviesso, E. Valencia, R. Valentim, Z. Vallari, E. Vallazza, J. W. F. Valle, R. Van Berg, D. V. Forero, P. Van Gemmeren, A. Vannozzi, M. Van Nuland-Troost, F. Varanini, D. Vargas Oliva, N. Vaughan, K. Vaziri, A. Vázquez-Ramos, J. Vega, J. Vences, S. Ventura, A. Verdugo, M. Verzocchi, K. Vetter, M. Vicenzi, H. Vieira de Souza, C. Vignoli, C. Vilela, E. Villa, S. Viola, B. Viren, G. V. Stenico, R. Vizarreta, A. P. Vizcaya Hernandez, S. Vlachos, G. Vorobyev, Q. Vuong, A. V. Waldron, L. Walker, H. Wallace, M. Wallach, J. Walsh, T. Walton, L. Wan, B. Wang, H. Wang, J. Wang, M. H. L. S. Wang, X. Wang, Y. Wang, D. Warner, L. Warsame, M. O. Wascko, D. Waters, A. Watson, K. Wawrowska, A. Weber, C. M. Weber, M. Weber, H. Wei, A. Weinstein, S. Westerdale, M. Wetstein, K. Whalen, A. J. White, L. H. Whitehead, D. Whittington, F. Wieler, J. Wilhelmi, M. J. Wilking, A. Wilkinson, C. Wilkinson, F. Wilson, R. J. Wilson, P. Winter, J. Wolcott, J. Wolfs, T. Wongjirad, A. Wood, K. Wood, D. Wooley, E. Worcester, M. Worcester, K. Wresilo, M. Wright, M. Wrobel, S. Wu, W. Wu, Z. Wu, M. Wurm, J. Wyenberg, B. M. Wynne, Y. Xiao, I. Xiotidis, B. Yaeggy, A. Yahaya, N. Yahlali, E. Yandel, G. Yang, J. Yang, T. Yang, A. Yankelevich, L. Yates, U. Yevarouskaya, K. Yonehara, T. Young, B. Yu, H. Yu, J. Yu, W. Yuan, M. Zabloudil, R. Zaki, J. Zalesak, L. Zambelli, B. Zamorano, A. Zani, O. Zapata, L. Zazueta, G. P. Zeller, J. Zennamo, J. Zettlemoyer, K. Zeug, C. Zhang, S. Zhang, Y. Zhang, L. Zhao, M. Zhao, K. Zhu, E. D. Zimmerman, S. Zucchelli, A. Zummo, V. Zutshi, R. Zwaska
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تخيل أنك تحاول فهم كيفية سلوك نوع معين من السيارات (نيوترينو) عندما يصطدم بجدار ثقيل ومحدد للغاية مصنوع من الأرغون السائل. للتنبؤ بدقة بكيفية تحطم السيارة وما هي القطع التي ستتطاير منها، تحتاج إلى معرفة كيفية تفاعل الجدار بدقة مع أنواع مختلفة من الحطام الذي يصطدم به.
هذه الورقة البحثية تشبه فريقاً من الميكانيكيين يقوم بإجراء اختبار تصادم لمعرفة كيف يتفاعل الأرغون (الجدار) بدقة عند تعرضه لضربات من نوعين شائعين من الحطام: البيونات والبروتونات (الحطام).
إليك تفصيل لما فعلوه ولماذا يهم ذلك، باستخدام تشبيهات بسيطة:
١. الهدف الكبير: مشكلة "الكرة البلورية"
يبني العلماء تجربة ضخمة تسمى DUNE (تجربة النيوترينو العميقة تحت الأرض). إنها تشبه كاميرا ضخمة عالية التقنية مدفونة في أعماق الأرض، مليئة بـ ٧٠,٠٠٠ طن من الأرغون السائل. مهمتها هي التقاط صور للنيوترينوهات (جسيمات شبحية) وهي تمر عبرها.
ومع ذلك، عندما يصطدم نيوترينو بذرة أرغون، فإنه لا يتوقف فحسب؛ بل يُنشئ وابلاً من الجسيمات الأخرى (مثل البيونات والبروتونات). هذه الجسيمات الجديدة ترتد داخل نواة الأرغون قبل أن تخرج. وهذا ما يسمى "التفاعل في الحالة النهائية" (Final State Interaction).
المشكلة: لم يكن لدى العلماء "كتيب قواعد" مثالي لكيفية ارتداد هذه الجسيمات داخل الأرغون. كان عليهم التخمين بناءً على كيفية ارتدادها عن مواد أخرى (مثل الكربون أو الرصاص). الأمر يشبه محاولة التنبؤ بكيفية ارتداد كرة البلياردو عن طاولة مصنوعة من الجليد، بينما درست فقط كيفية ارتدادها عن الخشب. قد يكون تنبؤك خاطئاً، وهذا الخطأ قد يفسد قياسك للنيوترينو نفسه.
٢. الحل: اختبار "الشطيرة"
لإصلاح ذلك، استخدموا كاشفاً نموذجياً يسمى ProtoDUNE-SP. فكر في هذا كنموذج مصغر كامل للكاميرا الحقيقية، مملوء بالأرغون السائل.
لم ينتظروا النيوترينوهات لتصطدم بها فحسب. بدلاً من ذلك، أطلقوا شعاعاً متحكماً به من البيونات والبروتونات مباشرة في الأرغون السائل.
- الشعاع: تخيل رشاشاً يطلق جسيمات صغيرة على الأرغون السائل.
- الخدعة: عادةً، لقياس عدد المرات التي يصطدم فيها جسيم بهدف ما، تستخدم ورقة رقيقة جداً من المادة. لكن الأرغون السائل سميك. إذا اصطدم جسيم في المقدمة، فقد يصطدم مرة أخرى قبل أن يخرج.
- طريقة "التقطيع": لحل هذه المشكلة، عامل العلماء الأرغون السائل كأنه رغيف خبز. قاموا بتقسيم مسار الجسيم افتراضياً إلى "شرائح" رقيقة من الطاقة. تتبعوا الجسيم أثناء دخوله إلى شريحة، وفقدانه قليلاً من الطاقة (مثل تباطؤ سيارة على طريق وعر)، وما إذا كان قد ارتد خارجاً أو تحطم داخل تلك الشريحة المحددة. سمح لهم ذلك بعدّ عدد "الاصطدامات" بدقة عند كل سرعة محددة.
٣. النتائج: ملء "الصفحة المفقودة"
تفيد الورقة بأنها سجلت أول قياسات لكيفية اصطدام البيونات والبروتونات بذرات الأرغون عند سرعات (طاقات) محددة شائعة جداً في تجارب النيوترينو.
- اختبار البيون: قاسوا البيونات التي تتحرك بسرعات تتراوح بين ٥٠٠ و٩٠٠ ميجا إلكترون فولت (وحدة محددة للطاقة).
- اختبار البروتون: قاسوا البروتونات التي تتحرك بسرعات أقل من ٤٥٠ ميجا إلكترون فولت.
التشبيه: قبل هذا، كان العلماء يحاولون خبز كعكة باستخدام وصفة تقول "أضف بعض الدقيق"، لكنهم لم يعرفوا الكمية بالضبط. كان عليهم التخمين بناءً على وصفات لكعكات أخرى. هذه الورقة تعطيهم أخيراً القياس الدقيق: "أنت بحاجة إلى ٢٠٠ جرام بالضبط من دقيق الأرغون لهذه السرعة من الجسيمات".
٤. ماذا وجدوا؟
عندما قارنوا قياساتهم الجديدة بالمحاكاة الحاسوبية (كتيبات القواعد التي كانوا يستخدمونها سابقاً)، وجدوا:
- كانت المحاكاة جيدة جداً في الواقع! تطابقت البيانات الجديدة مع التوقعات من برنامج Geant4 (وهو أداة محاكاة فيزيائية قياسية) بشكل جيد جداً.
- ومع ذلك، فإن امتلاك البيانات الحقيقية أمر بالغ الأهمية. إنه الفرق بين أن يخمن الطاهي طعم الطبق وبين أن يتذوقه بالفعل. الآن، أصبح لديهم نتائج "اختبار التذوق" للأرغون.
٥. لماذا يهم هذا المستقبل؟
تذكر الورقة أن هذه القياسات ضرورية لتجربة DUNE.
- من خلال معرفة كيفية تفاعل الجسيمات مع الأرغون بدقة، يمكن للعلماء بناء "كتيبات قواعد" أفضل (نماذج).
- كتيبات القواعد الأفضل تعني تخميناً أقل عند تحليل بيانات النيوترينو.
- التخمين الأقل يعني أنهم يمكنهم قياس خصائص النيوترينوهات (مثل كتلتها وكيفية تغير أنواعها) بدقة أعلى بكثير.
باختاً مختصراً:
هذه الورقة هي بمثابة تقرير "ضبط الجودة". قام العلماء ببناء خزان ضخم من الأرغون السائل، وأطلقوا جسيمات عليه، وعدّوا الاصطدامات. لقد أثبتوا أن نماذجهم الحاسوبية الحالية صحيحة إلى حد كبير، ولكن الأهم من ذلك، أنهم قدموا أول بيانات صلبة تدعم تلك النماذج. هذا يضمن أنه عندما تبدأ تجربة DUNE الحقيقية في التقاط صور للنيوترينوهات، لن يسيء العلماء تفسير الأجزاء غير الواضحة من الصورة الناتجة عن جدار الأرغون.
ملخص تقني: أول قياس للمقاطع العرضية الكلية غير المرنة لـ π+–Ar و p–Ar في نظام طاقة ما دون الجيجا إلكترون فولت باستخدام بيانات ProtoDUNE-SP
بيان المشكلة
يهدف تجربة النيوترينو العميق (DUNE) إلى تحديد ترتيب كتلة النيوترينو وقياس انتهاك تناظر الشحنة والنطفة (CP violation) في قطاع اللبتونات باستخدام كاشف ضخم من نوع غرفة زمن إسقاط التفاعل لآرجون سائل (LArTPC). ويتمثل أحد التحديات الحرجة في إعادة بناء طاقة النيوترينو وتحديد بارامترات التذبذب في النمذجة الدقيقة للتفاعلات النهائية (FSI). فعندما تتفاعل النيوترينات مع نوى الآرجون، تخضع الهادرونات الناتجة (بشكل أساسي النوكليونات والبيونات المشحونة) لتشتت ثانوي داخل النواة وفي وسط الآرجون السائل قبل الكشف عنها. وتؤدي الأخطاء في نمذجة هذه التفاعلات إلى إدخال شكوك كبيرة في إعادة بناء الأحداث، مما قد يتسبب في تحيز قياسات طاقة النيوترينو وإعاقة الحساسية لطور انتهاك التناظر (CP).
بينما تعمل DUNE في نظام طاقة تبلغ فيه الطاقات الحركية للهادرونات عادةً ذروتها حول بضع مئات من الميجا إلكترون فولت وتمتد إلى ما فوق 1 جيجا إلكترون فولت، إلا أن البيانات التجريبية لتفاعلات الهادرونات مع الآرجون في هذا النطاق المحدد (ما دون الجيجا إلكترون فولت) كانت شحيحة. وقد اعتمدت القياسات السابقة بشكل كبير على الاستكمال من بيانات تم الحصول عليها من أهداف صلبة مثل الكربون والرصاص، أو كانت محدودة ببعض الطاقات المنفصلة (مثل تجربة LADS عند 118-239 ميجا إلكترون فولت) أو لأنواع مختلفة من الجسيمات (مثل LArIAT لـ π−). وكان هناك نقص واضح في قياسات المقاطع العرضية الكلية غير المرنة المخصصة لـ π+ والبروتونات على الآرجون في نطاق الطاقة الحركية 10–900 ميجا إلكترون فولت، مما خلق فجوة في التحقق من صحة نماذج التفاعل الهادروني الضرورية لبرنامج LArTPC للنيوترينو.
المنهجية
تستخدم هذه الدراسة البيانات التي جمعها كاشف ProtoDUNE-SP، وهو نموذج أولي لكاشف LArTPC أحادي الطور بسعة 770 طن يعمل في منصة CERN للنيوترينو. وقد تعرض الكاشف لحزمة جسيمات موجبة الشحنة مع إعدادات زخم قدرها 0.3، 0.5، 1، 2، 3، 6، و7 جيجا إلكترون فولت/c. يركز هذا التحليل على بيانات حزمة 1 جيجا إلكترون فولت/c، حيث يتم اختيار عينات من π+ والبروتونات لقياس المقاطع العرضية الكلية غير المرنة في نطاقات الطاقة الحركية 500–900 ميجا إلكترون فولت (لـ π+) وأقل من 450 ميجا إلكترون فولت (للبروتونات).
يستخدم التحليل طريقة "تقطيع الطاقة" المعدلة، والمقتبسة من نهج "الشريحة الرقيقة" الخاص بتعاون LArIAT، للتغلب على تحدي كون LArTPC هدفاً سميكاً (حيث يتجاوز حجم الكاشف المسار الحر المتوسط للهادرون).
- اختيار الأحداث: يتم تحديد جسيمات الحزمة باستخدام أدوات خط الحزمة (قياس زمن الطيران وكواشف تشيرينكوف). تُعاد بناء الأحداث باستخدام حزمة برمجيات Pandora. كما تُطبق قيود الحجم الفعال (z∈[30,220] سم) لضمان كفاءة تحديد موحدة وتجنب تشوهات المجال الكهربائي بالقرب من مجموعات لوحة الأنود.
- تثبيط الخلفية: تُطبق عمليات استبعاد محددة لإزالة الخلفيات. بالنسبة لعينة البيون، يتم تثبيط الميونات باستخدام درجة إلكترون ميكيل (بناءً على شبكة عصبية تلافيفية) وقيود طول المسار. كما تُستبعد البروتونات الثانوية باستخدام مطابقة χ2 مقابل ملف قدرة التوقف للبروتون. وبالنسبة لعينة البروتون، يتم تمييز البروتونات المتوقفة عن الأحداث غير المرنة باستخدام معايير قدرة التوقف المماثلة وتقريب التباطؤ المستمر (CSDA).
- حساب المقطع العرضي: يُحسب المقطع العرضي الكلي غير المرن، σ(E)، باستخدام الصيغة:
σ(E)=nNend(E)δEdxdE(E)ln(Ninc(E)−Nend(E)Ninc(E))Nint(E)
حيث تمثل Nint و Ninc و Nend عدد الجسيمات المتفاعلة والواردة والجسيمات عند رأس النهاية في شريحة طاقة δE، و n هو كثافة عدد الآرجون، و $dE/dx$ هي قدرة التوقف. - إزالة الالتفاف والتصحيحات: يتم تصحيح تأثيرات الكاشف، بما في ذلك الكفاءة والدقة، باستخدام إجراء إزالة التفاف متعدد الأبعاد يعتمد على طريقة بايزي التكرارية (D'Agostini). ويتم اشتقاق مصفوفة الاستجابة من محاكاة Geant4 (باستخدام مجموعة أدوات LArSoft وقائمة الفيزياء QGSP BERT). ويتم تقييم الشكوك المنهجية من خلال تغيير المعلمات المتعلقة بنمذجة الخلفية، وإحصاءات MC، ونماذج المقطع العرضي، وإعادة بناء الطاقة، وتصحيحات الشحنة الفراغية.
المساهمات الرئيسية
- أول قياسات مخصصة: يقدم هذا العمل أول قياس للمقاطع العرضية الكلية غير المرنة لتفاعلات π+–Ar و p–Ar في نطاقات الطاقة الحركية 500–900 ميجا إلكترون فولت و 10–450 ميجا إلكترون فولت، على التوالي.
- تقدم منهجي: يوضح تطبيق طريقة تقطيع الطاقة المعدلة مع إزالة الالتفاف متعدد الأبعاد على كاشف LArTPC بمقياس كيلوطن تقنية قابلة للتطبيق لاستخراج المقاطع العرضية من الكواشف ذات الأهداف السميكة دون الاعتماد على تقريبات الهدف الرقيق.
- التحقق القائم على البيانات: توفر النتائج مرجعاً تجريبياً مباشراً لأهداف الآرجون، متجاوزة الاعتماد على الاستكمال من بيانات الكربون أو الرصاص.
النتائج
تُعرض المقاطع العرضية المقاسة مع كل من الشكوك الإحصائية والمنهجية.
- البيون (π+): يظهر المقطع العرضي المقاس في نطاق 500–900 ميجا إلكترون فولت بنية ذروة حول 165 ميجا إلكترون فولت (مستنتجة من الاتجاه) تقابل رنين Δ(1232). وتتوافق البيانات مع نموذج Geant4 10.6 Bertini (QGSP BERT)، مما يعطي χ2/Ndof قدره 3.1/8. وتظهر النماذج الأخرى (GENIE hA2018, hN2018, INCL) انحرافات أكبر ولكن لا يمكن استبعادها قطعياً نظراً للشكوك الحالية.
- البروتون (p): تصل ذروة المقطع العرضي للبروتون عند 30 ميجا إلكترون فولت وتتناقص عند الطاقات الأعلى بسبب عمليات النواة المركبة. وتتوافق البيانات أيضاً مع نموذج Geant4 10.6 Bertini (χ2/Ndof=3.9/10).
- قوانين القياس: تتماشى النتائج مع العلاقة التجريبية σ∝A2/3 عند مقارنتها بالقياسات على أهداف نووية أخرى (Li, C, Al, Ca, Fe, Ni, Nb, Sn, Ho, Pb, Bi).
الأهمية
يؤكد البحث أن هذه القياسات ضرورية لتقييد نماذج تفاعل النيوترينو مع الآرجون. ومن خلال تقديم أول بيانات مخصصة للآرجون لتفاعلات تشتت π+ والبروتون في نظام ما دون الجيجا إلكترون فولت، تعالج النتائج مباشرة الشكوك المرتبطة بالتفاعلات النهائية (FSI) والتفاعلات الثانوية في DUNE. ويمثل هذا العمل خطوة رئيسية نحو تحقيق الدقة المطلوبة لقياسات التذبذب، وتحديداً تحديد طور انتهاك التناظر (CP). ويشير المؤلفون إلى أنه بينما تظل الشكوك أكبر من تلك الموجودة في الأهداف النووية الأخرى، فإن هذه النتائج توفر مرجعاً تجريبياً حيوياً يقلل من الاعتماد على الاستكمال. وتسهل المنهجية التي تم وضعها هنا القياسات المستقبلية باستخدام مجموعة بيانات ProtoDUNE-HD، بهدف توسيع هذه القيود لتشمل فضاءً طورياً أوسع ودعم الأهداف الفيزيائية لـ DUNE ومجتمع النيوترينو الأوسع.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.
تصلك أفضل أبحاث nuclear experiments كل أسبوع.
يحظى بثقة باحثين في ستانفورد وكامبريدج والأكاديمية الفرنسية للعلوم.
تفقّد بريدك لتأكيد الاشتراك.
حدث خطأ ما. تعيد المحاولة؟
لا رسائل مزعجة، ويمكنك إلغاء الاشتراك متى شئت.