Gli scienziati risolvono i misteri dei neutrini osservandoli interagire con i rivelatori, in particolare, con i nuclei atomici nel materiale rivelatore. La maggior parte delle volte, un neutrino non stringe nemmeno la mano a un nucleo. Ma quando lo fa, il leggero, una particella neutra può trasformarsi in una particella carica e far fuoriuscire gli oggetti dal nucleo mentre fugge, lasciandosi alle spalle una scena del crimine. Gli scienziati dell'esperimento MINERvA del Fermilab hanno ricostruito la scena del crimine separando i fenomeni sottostanti per avere un quadro chiaro di ciò che è accaduto.

I neutrini sono particelle leggere che raramente interagiscono con la materia. La loro riluttanza a interagire li rende difficili da studiare, ma sono anche le stesse particelle che potrebbero rispondere a domande di vecchia data sulla creazione del cosmo. Studiando le tracce lasciate dai neutrini, gli scienziati hanno raccolto maggiori informazioni sul significato di quelle tracce. Più informazioni hanno, migliori sono le loro misurazioni dei neutrini, non solo a MINERvA, ma anche in altri esperimenti sui neutrini.

I neutrini di solito navigano attraverso la materia senza urtarla. Ma una volta ogni tanto, stringe la mano con un nucleo, e a volte la stretta di mano prende una piega distruttiva:viene prodotto un leptone carico (un elettrone o un muone), mentre i costituenti del nucleo vengono eliminati. Un rivelatore di particelle raccoglie le tracce del leptone carico e del knock-out.

Gli scienziati di MINERvA studiano le tracce delle particelle risultanti per ricostruire l'interazione tra i neutrini ei nuclei. Finora, questo non è stato un compito facile:gli effetti nucleari hanno oscurato gran parte delle prove dei neutrini intrusi, lasciando ai ricercatori informazioni complesse e apparentemente irrilevanti. Non tutti i neutrini si comportano male, ma, Sfortunatamente, i neutrini a cui teniamo - quelli con energia paragonabile alla massa dei costituenti dei nuclei e che potrebbero raccontarci la creazione del cosmo - hanno tutti questo modus operandi.

Per ricostruire la scena del crimine risultante, gli scienziati hanno bisogno di una comprensione completa di come funzionano gli effetti nucleari. Sia il leptone carico che il knock-out conservano impronte parziali del neutrino originale, e quelle impronte parziali giacciono ambiguamente sopra lo sfondo dell'effetto nucleare. I ricercatori hanno scoperto che possono rilevare le impronte digitali tramite una nuova tecnica CSI di neutrini nota come correlazioni dello stato finale. I dettagli fini degli effetti nucleari diventano chiari solo quando vengono rimossi altri effetti.

Per avere un'idea della tecnica delle correlazioni dello stato finale, Facciamo un passo indietro e osserviamo gli eventi che hanno portato alla scena del crimine:Un neutrino urta un nucleo. L'interazione produce altre particelle. Quelle nuove particelle - leptone e knock-out carichi - volano via in direzioni opposte, lasciando tracce di sé nel rivelatore.

Se il nucleo fosse uno spettatore ozioso, questi fuggitivi sarebbero fuggiti dalla scena uno dietro l'altro, forse uno diretto a est e l'altro a ovest. Ma in realtà, il movimento verso est del leptone carico non corrisponde al movimento verso ovest della particella knock-out. Queste sottili differenze di slancio sono indizi; riflettono tutto ciò che accade all'interno del nucleo, come l'ombra della scena del crimine proiettata dalla torcia portata dal neutrino. Così, i neutrini non proiettano ombre, lo fanno solo gli effetti nucleari. La tecnica delle correlazioni allo stato finale abbina gli effetti nucleari con le partenze delle particelle post-interazione dai percorsi di uguali momenti est-ovest.

I ricercatori hanno utilizzato la nuova tecnica. Hanno presentato una ricostruzione dettagliata degli effetti nucleari. I fenomeni sottostanti, come lo stato iniziale del nucleo, meccanismo di espulsione aggiuntivo, e le interazioni dello stato finale tra il knock-out e il resto del nucleo sono ora separate.