揭开质子的神秘面纱

费米实验室的MINERvA实验利用NuMI光束，首次使用中微子而不是光作为成像工具对质子进行了精确描述。原子核的组成部分，质子和中子，是由夸克和胶子组成的，它们相互之间有强烈的相互作用。由于这些相互作用的强度，通过理论计算确定质子和中子的结构是具有挑战性的。

因此，科学家必须借助于实验方法来确定它们的结构。中微子实验利用由许多质子和中子结合在一起的原子核组成的目标，这使得从这些测量中推断出有关质子结构的信息变得很困难。

通过从MINERvA探测器中作为氢原子核的质子散射中微子，科学家们首次提供了使用非结合质子的中微子对这种结构的测量。

研究人员正在建造几个大型中微子实验，包括DUNE和桑福德地下研究设施。这些实验将有助于对中微子的特性进行精确测量。这反过来将回答关于中微子如何影响我们宇宙结构的问题。

这些实验需要准确了解中微子如何与实验中的重核相互作用，例如DUNE中的氩。建立这些相互作用的理论需要将中微子与质子或中子的散射效应和核内结合的效应分开。

通过测量自由质子的这一特性，MINERvA的结果将有助于建立更完整的中微子相互作用理论。

这项新研究中描述的测量的主要挑战是，MINERvA的探测器中的氢在化学上与碳原子一半一半地混合在塑料中。碳原子中有六个质子，所以碳背景反应要大得多。

通过开发一种新的技术来测量反应中的出射中子的方向，质子上的反μ子中微子产生反μ子和中子，研究人员可以将这两种反应类型分开。这样就可以利用中微子束中相同的平行反应来研究残余背景，在氢原子上不可能发生反应。

这种结构的测量被解释为质子的轴向矢量形式因子，这是中微子散射所揭示的结构的一个技术术语，这样它就可以被用作预测中微子反应的输入。