Nella fisica delle particelle, la differenza di un millimetro o due può creare o distruggere l'esperimento. A marzo, l'esperimento LArIAT ha iniziato un test di prova per assicurarsi che il previsto esperimento Deep Underground Neutrino (DUNE) funzionerà bene con quella differenza di 2 millimetri.

Nello specifico, gli scienziati stanno studiando cosa accadrà quando aumenterai lo spazio tra i fili di rilevamento all'interno dei futuri rilevatori DUNE.

DUNE misurerà i neutrini, particelle misteriose che sono onnipresenti ma sfuggenti e possono contenere risposte a domande sulle origini dell'universo.

Come i futuri rilevatori DUNE, LArIAT è riempito con argon liquido. Quando una particella colpisce un nucleo di argon all'interno del rivelatore, l'interazione crea elettroni che fluttuano attraverso l'argon finché non vengono catturati da un filo, che registra un segnale. Gli scienziati misurano il segnale per conoscere l'interazione delle particelle.

A differenza dei rilevatori DUNE, LArIAT non rileva neutrini. Piuttosto, utilizza le interazioni di altri tipi di particelle per fare inferenze sulle interazioni dei neutrini. E molto diversamente da DUNE, LArIAT ha le dimensioni di un minifrigo, un semplice puntino rispetto ai rilevatori di DUNE, che conterrà circa 22 piscine olimpioniche di argon liquido.

Gli scienziati di LArIAT utilizzano un fascio di particelle cariche fornite dal Fermilab Test Beam Facility che vengono sparate nell'argon liquido. Queste particelle interagiscono con la materia molto più di quanto facciano i neutrini, quindi il fascio risulta in molte più interazioni di un fascio simile di neutrini, che per lo più passerebbe attraverso l'argon. Il livello più elevato di interazioni è ciò che consente a LArIAT di rinunciare alle enormi dimensioni di DUNE.

I risultati di LArIAT possono aiutare i fisici a comprendere meglio altri rivelatori di neutrini di argon liquido presso il Fermilab del DOE Office of Science come MicroBooNE e SBND.

"Il punto dell'esperimento LArIAT è misurare quanto bene possiamo identificare i vari tipi di particelle che escono dalle interazioni dei neutrini e quanto bene possiamo ricostruire la loro energia, "ha detto Jen Raaf, portavoce di LArIAT.

Sebbene LArIAT non rilevi i neutrini, le interazioni tra particelle cariche possono fornire agli scienziati indizi su come i neutrini interagiscono con i nuclei di argon.

"Invece di inviare un neutrino e guardare che roba esce, spedisci le altre cose e vedi cosa fa, " ha detto Raaf.

Le interazioni in LArIAT sono caratterizzate principalmente da una rete di fili che rileva la deriva degli elettroni. Un fattore chiave che influenza l'accuratezza del rilevamento della deriva dell'elettrone è la distanza tra ciascun filo.

"Più i tuoi fili sono vicini, la migliore risoluzione spaziale che ottieni, " disse Raaf. Ma più i fili sono ravvicinati, più fili sono necessari. Più fili significa più elettronica per rilevare i segnali dai fili, che può diventare costoso in un rivelatore gigante come DUNE.

Per contenere i costi, gli scienziati stanno studiando se DUNE avrà una risoluzione sufficientemente alta nelle sue misurazioni delle interazioni dei neutrini con fili distanziati di 5 millimetri l'uno dall'altro, maggiore della distanza di 3 millimetri negli esperimenti più piccoli sui neutrini del Fermilab come MicroBooNE.

Le simulazioni suggeriscono che dovrebbe funzionare, ma spetta a Raaf e al suo team verificare se la spaziatura di 5 millimetri funzionerà o meno.

LArIAT utilizza il Fermilab Test Beam Facility, che è una parte importante dell'equazione. Il raggio di prova della struttura proviene dagli acceleratori del laboratorio e passa attraverso una serie di strumenti di rilevamento delle particelle prima di arrivare al rilevatore LArIAT. Gli scienziati possono quindi confrontare i risultati della prima serie di strumenti con i risultati LArIAT.

"Se sai che è stato davvero un pione ad entrare nel rivelatore, e poi esegui il tuo algoritmo su di esso e dice "Oh no quello era un elettrone, ' sei tipo 'So che ti sbagli!'", ha detto Raaf. "Quindi basta confrontare la frequenza con cui sbagli con 5 millimetri contro 3 millimetri."

Lei e il suo team sono ottimisti, ma impegnato ad essere accurato.

"Funziona in teoria, ma ci piace sempre misurare, " lei disse.