Un nouveau détecteur de l’accélérateur national Thomas Jefferson du ministère américain de l’Énergie a réussi à observer des neutrons dans des configurations et à des angles où ils n’étaient pas détectés auparavant.
L’équipe derrière le nouveau détecteur central de neutrons développe et peaufine cette machine depuis 10 ans. Ils ont récemment utilisé le détecteur dans une réaction appelée diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS).
Auparavant, cette réaction permettait de mesurer des protons. Cependant, la détection des neutrons dans les DVCS s’avère une tâche difficile. Pour la première fois, les chercheurs ont pu détecter des neutrons en utilisant la même réaction à l’aide du détecteur de neutrons central.
« Nous avons détecté le neutron pour la première fois dans ce type de réaction, et c’est un résultat assez important pour l’étude des nucléons », a déclaré Silvia Niccolai, l’une des chercheuses. said.
Détecter le neutron indétectable
Au cours d’un DVCS typique, un nucléon (proton et neutron collectivement) interagit avec un électron. Cette réaction transfère une partie de l’énergie de l’électron au nucléon, provoquant la libération de photons.
Les scientifiques utilisent ensuite des détecteurs de particules tels que CLAS et CLAS12 pour mesurer les électrons, les protons et les nucléons issus de la réaction. Cependant, ils ne parviennent pas à détecter les neutrons séparément car ces particules sont électriquement neutres et ne laissent pas de signaux directs dans les détecteurs.
De plus, les neutrons se diffusent généralement selon un angle de 40 degrés, ce qui se situe en dehors de la plage de détection du CLAS et du CLAS12. « Dans la configuration standard, aucune détection de neutrons n’était possible dans ces angles », a déclaré Niccolai.
De l’autre côté, le détecteur de neutrons central peut détecter les neutrons sous tous ces angles. Le seul problème auquel il a été confronté au départ était la contamination par les protons, à cause de laquelle il n’a parfois pas réussi à empêcher les protons de participer aux mesures neutroniques.
Cela conduisait souvent à de fausses détections. Cependant, les auteurs de l’étude ont résolu ce problème à l’aide d’outils basés sur l’apprentissage automatique qui ont filtré avec précision les signaux neutroniques des signaux protoniques.
« Ce problème a été résolu grâce à l’expérience d’Adam dans l’utilisation des techniques d’apprentissage automatique. Il a développé un outil basé sur le ML pour distinguer les faux signaux des vrais neutrons, ce qui était essentiel pour atteindre nos résultats finaux », a expliqué Niccolai. (Adam Hobart est le chercheur principal)
Enfin, grâce à l’outil ML, le détecteur de neutrons central a permis la toute première mesure de neutrons dans une réaction DVCS.
L’étrange capacité du détecteur central de neutrons
Le détecteur de neutrons central a non seulement permis aux chercheurs de détecter les neutrons mais aussi de faire la lumière sur la structure interne de cette particule.
Par exemple, la mesure des neutrons dans le DVCS a mis en évidence une asymétrie qui a aidé les chercheurs à comprendre la GPD E (distribution généralisée des partons E), l’un des quatre cadres théoriques expliquant l’arrangement des quarks et des gluons.
Les quarks et les gluons sont les particules élémentaires qui forment les protons et les neutrons. Comprendre leur distribution peut aider les scientifiques à mieux comprendre les propriétés et le comportement des nucléons.
Par exemple, GPD E peut à lui seul fournir des informations précieuses sur la structure de spin des nucléons. De plus, lorsqu’il est étudié aux côtés des trois autres GPD, il peut résoudre plusieurs mystères liés aux nucléons qui intriguent encore les scientifiques.
Le étude est publié dans la revue Lettres d’examen physique.