L'esperimento NOvA, meglio conosciuto per le sue misurazioni delle oscillazioni dei neutrini utilizzando fasci di particelle degli acceleratori del Fermilab, ha rivolto gli occhi al cielo, esaminando fenomeni che vanno dalle supernove ai monopoli magnetici. Grazie in gran parte alle moderne capacità di elaborazione, i ricercatori possono raccogliere e analizzare i dati per questi argomenti contemporaneamente, così come per il programma di neutrini primari presso il Fermilab del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, dove ha sede.

I fenomeni astrofisici più drammatici che NOvA studia sono le supernove. Quando una stella massiccia collassa, rilascia il 99% della sua energia in una raffica di neutrini. L'altro 1% diventa una supernova visibile, abbastanza luminoso da eclissare un'intera galassia. Mentre i neutrini trasportano molta più energia delle particelle di luce, chiamati fotoni, gli sfuggenti neutrini sono molto più difficili da osservare. Ogni anno vengono scoperte centinaia di supernove a luce visibile, ma solo uno dall'alba dell'era dei rivelatori di neutrini è stato abbastanza vicino da essere visto attraverso la sua firma di neutrini:SN 1987A, in una galassia satellite della nostra Via Lattea.

Entrambi i rivelatori di particelle di NOvA, il rivelatore vicino al Fermilab e il rivelatore lontano nel Minnesota settentrionale, sono in grado di rilevare i neutrini generati dalle supernove. Ogni firma di supernova-neutrino sembrerebbe molto più piccola di quella di un fascio di neutrini generato da un acceleratore, ma sarebbe comunque osservabile. Se una supernova dovesse nascere nella nostra galassia, 14 di NOvA, Un rivelatore lontano da 000 tonnellate vedrebbe migliaia di questi neutrini in un lampo di pochi secondi, e decine di rilevatori da 300 tonnellate.

In un nuovo articolo che sarà pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, la collaborazione NOvA descrive il sistema che verrà utilizzato per innescare un tale burst. A causa della rarità delle supernove vicine e dell'alto valore dei dati sui neutrini, NOvA utilizza diversi sistemi ridondanti per garantire la raccolta di dati sulle supernovae. Oltre ad eseguire una continua ricerca in tempo reale di un burst di neutrini nei propri dati, NOvA aderisce al Sistema di Allerta Precoce Supernova, o NEVE, una rete di esperimenti sui neutrini che si avvisano a vicenda quando due di loro vedono un'attività simile a una supernova contemporaneamente. NOvA sottoscrive anche gli avvisi inviati dalla collaborazione LIGO/Virgo quando viene osservato un evento di onde gravitazionali, trattandoli come una potenziale fonte di dati interessanti. Poiché l'astronomia delle onde gravitazionali è nuova di zecca, c'è un grande potenziale di sorprese.

Il modello più semplice che spiega la maggior parte degli eventi di onde gravitazionali (buchi neri che si fondono nel vuoto) non prevede le emissioni di particelle. Ma se i buchi neri si fondessero in un mezzo gassoso, le particelle sarebbero accelerate, possibilmente portando a un segnale osservabile. Altri modelli alternativi più esotici che spiegano alcuni eventi di onde gravitazionali potrebbero anche produrre un'esplosione di particelle visibili a NOvA.

Un altro scenario che potrebbe innescare NOvA è un caso di scambio di identità, uno in cui una supernova viene erroneamente identificata come un evento di onde gravitazionali di un buco nero. La collaborazione ha eseguito una ricerca di eventuali emissioni visibili a NOvA, che vanno da neutrini simili a supernova fino a sciami di particelle ad alta energia abbastanza grandi da illuminare l'intero rivelatore lontano. Finora, utilizzando due dozzine di eventi di onde gravitazionali segnalati fino alla metà del 2019, NOvA non ha trovato alcuna indicazione di segnale. Questo risultato appare in Revisione fisica D . NOvA continuerà a esaminare gli eventi man mano che vengono segnalati. Con le capacità dei rivelatori di onde gravitazionali destinate a migliorare rapidamente nei prossimi anni, ci saranno molte più opportunità per partecipare a nuove scoperte.

Più vicino a casa, il rivelatore vicino sotterraneo di NOvA è stato utilizzato per esaminare la variazione stagionale dei muoni dei raggi cosmici nel sottosuolo. I raggi cosmici sono particelle provenienti dallo spazio esterno che piovono costantemente dal cielo. Si scontrano con le particelle nell'alta atmosfera, produrre muoni. Il numero di muoni è influenzato dalle condizioni atmosferiche, e il numero totale di muoni che raggiungono i rivelatori sotterranei è maggiore in estate. L'atmosfera meno densa dell'estate favorisce la produzione di muoni, mentre l'atmosfera invernale più densa tende a degradare l'energia delle particelle madri dei muoni. NOvA è il secondo esperimento, dopo il suo predecessore MINOS, osservare che questa correlazione stagionale viene capovolta quando coppie di muoni arrivano simultaneamente, invece di muoni solitari, sono contati. Questi sono più comuni in inverno per ragioni non ben comprese.

NOvA utilizza anche il suo grande rivelatore lontano per cercare altri fenomeni cosmici esotici. In un nuovo documento su arXiv, la collaborazione riporta una ricerca di monopoli magnetici. Queste ipotetiche particelle trasportano una singola carica magnetica:un polo nord o un polo sud, ma non entrambi. mai osservato, l'esistenza dei monopoli aiuterebbe a legare insieme le teorie fondamentali della fisica, oltre a portare una simmetria soddisfacente alle equazioni di Maxwell che descrivono l'elettromagnetismo. I monopoli magnetici possono essere una componente rara dei raggi cosmici, e il rivelatore lontano NOvA è un rivelatore di raggi cosmici molto capace, in grado di osservare tracce di particelle dettagliate. A differenza della maggior parte dei precedenti rivelatori di neutrini e di molti precedenti rivelatori unipolari, non è sotterraneo. Ciò significa che se i monopoli risultano essere particelle relativamente lente e leggere, arriverebbero a NOvA, a differenza dei rilevatori utilizzati nelle ricerche precedenti. Utilizzando un piccolo insieme di dati iniziali, I ricercatori di NOvA hanno cercato monopoli in un intervallo di massa mai cercato prima. non hanno visto nessuno, escludendo un grande flusso di monopoli leggeri. Esamineranno ulteriori dati per restringere questi limiti o, solo forse, per scoprire la particella sfuggente.

Gli acceleratori cosmici della natura continuano a fornire fisica interessante per lo studio della collaborazione NOvA.