Matthew Green è un assistente professore di fisica alla NC State. È stato coinvolto in un progetto di ricerca multi-istituzionale volto a rilevare un processo chiamato Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS). Il progetto ha avuto successo, e i suoi risultati appaiono in Scienza . Matthew ha accettato una sessione di domande e risposte con The Abstract sul progetto e sui suoi risultati.

L'abstract:cos'è un neutrino? Cosa può dirci lo studio dei neutrini sull'universo?

Verde:I neutrini sono alcune delle particelle elementari di base che compongono il nostro universo. In termini di numero, sono più abbondanti di tutte le altre particelle di materia nel nostro universo messe insieme. Hanno minuscole masse, meno di un milionesimo della massa degli elettroni; sono così piccoli infatti che fino a questo punto non siamo ancora stati in grado di misurarli esattamente, stabilire solo limiti superiori su di loro. Negli ultimi 20 anni è stato stabilito che sebbene siano piccoli, le loro masse non sono zero (a differenza dei fotoni, le particelle che compongono la luce). Perché i neutrini siano così leggeri è un po' un mistero, e potrebbe indicare una nuova fisica che potrebbe spiegare perché viviamo in un universo che contiene così tanta materia e così poca antimateria, quando la nostra attuale comprensione dice che materia e antimateria avrebbero dovuto essere prodotte in quantità uguali all'inizio, e si sono cancellati a vicenda mentre il nostro universo si evolveva.

TA:Perché i neutrini sono così difficili da rilevare?

Verde:delle quattro forze fondamentali che descrivono come le particelle interagiscono tra loro (elettromagnetismo, forza forte, forza debole, gravità), i neutrini interagiscono solo tramite la forza debole appropriatamente chiamata e la forza gravitazionale (ancora più debole). A causa di ciò, le interazioni dei neutrini con la materia sono rare; trilioni di neutrini dal sole passano attraverso il tuo corpo ogni secondo, e quasi tutti questi viaggeranno attraverso di te, e attraverso la Terra, completamente senza sosta. Se volessi costruire un muro d'acciaio per ripararti dai neutrini che emette il sole, dovrebbe essere spesso più di un anno luce (~6 trilioni di miglia)!

TA:Sei stato coinvolto in un progetto per costruire un rivelatore di neutrini più piccolo – in cosa differisce questo nuovo rivelatore da quelli usati in precedenza?

Verde:il nostro obiettivo era quello di rilevare per la prima volta un processo chiamato Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS), in cui un neutrino si scontra con un nucleo atomico e se le condizioni sono giuste (l'energia del neutrino è sufficientemente bassa) il neutrino interagisce con l'intero nucleo in una volta invece di un singolo protone o neutrone nel nucleo. Di conseguenza, la sezione d'urto per questa interazione (una misura fisica delle particelle di quanto sia probabile che si verifichi un'interazione) è enorme, comunque rispetto ai neutrini. Il problema è che l'unico modo per rilevare l'interazione è cercare la firma del nucleo che viene messo fuori posto dal neutrino. Poiché il neutrino deve essere a bassa energia, il nucleo di rinculo deve essere ancora più basso; immagina di lanciare una pallina da ping-pong contro una palla da bowling e cercare che la palla da bowling si muova. Se riesci a costruire un rivelatore in grado di misurare rinculo nucleari a bassa energia, quindi quel rivelatore può essere piuttosto piccolo (il nostro in questo lavoro pesa circa 30 libbre) ma può ancora rilevare i neutrini attraverso questo processo CEvNS.

TA:Qual è stato il tuo coinvolgimento nel progetto? L'aspetto più memorabile del lavoro?

Verde:una delle previsioni che il Modello Standard fa per l'interazione CEvNS è come la sezione d'urto dovrebbe cambiare da un nucleo bersaglio al successivo. Per tale motivo, stiamo implementando una serie di rivelatori diversi realizzati con materiali diversi in modo da poter testare tale previsione. A NC State, stiamo assemblando una serie di rilevatori a base di germanio normalmente utilizzati per rilevare le radiazioni gamma, che sarà distribuito presso la Spallation Neutron Source (SNS) situata presso gli Oak Ridge National Labs entro la fine dell'anno. Questi rilevatori di germanio, oltre ad essere un materiale di destinazione diverso, ci permetterà di misurare il processo CEvNS con maggiore precisione.

TA:Ci sono state scoperte sorprendenti dal rivelatore? A quali domande cercherai di rispondere andando avanti?

Verde:la nostra misurazione di CEvNS era, nelle incertezze della misura, ciò che era stato previsto dalla nostra comprensione dei neutrini e della fisica delle particelle, quindi niente di terribilmente sorprendente lì. Ciò che è stato più sorprendente per noi è stato quanto grande fosse per noi una location sperimentale la Spallation Neutron Source. Siamo stati in grado di identificare una posizione nell'edificio bersaglio del SNS in cui siamo vicini a dove vengono creati i neutrini, quindi riceviamo molti neutrini che volano attraverso i nostri rivelatori, ma anche dove c'è molta schermatura da altre particelle ad alta energia create nel bersaglio che travolgerebbero i nostri rivelatori e renderebbero difficile vedere i segnali di neutrini che stiamo cercando. Siamo stati in grado di effettuare una misurazione migliore di quanto ritenessimo possibile, e siamo molto eccitati per le misurazioni che saremo in grado di fare lì nel prossimo futuro.