Il rivelatore MINERvA al Fermilab aiuta gli scienziati ad analizzare le interazioni dei neutrini con i nuclei atomici. Attestazione:Reidar Hahn
Particelle cariche, come protoni ed elettroni, possono essere caratterizzati dalle scie degli atomi che queste particelle ionizzano. In contrasto, i neutrini e i loro partner antiparticelle non ionizzano quasi mai gli atomi, quindi le loro interazioni devono essere messe insieme da come rompono i nuclei.
Ma quando la rottura produce un neutrone, può portare via silenziosamente un'informazione critica:parte dell'energia dell'antineutrino.
La collaborazione MINERvA di Fermilab ha recentemente pubblicato un articolo per quantificare i neutroni prodotti dagli antineutrini che interagiscono su un bersaglio di plastica.
Il modo in cui gli antineutrini cambiano tra i loro vari tipi potrebbe aiutare a spiegare perché l'universo moderno è dominato dalla materia. Il modello più promettente di come questo comportamento mette in relazione particelle e antiparticelle dipende dall'energia dell'antineutrino. Però, i neutroni possono lasciare buchi nel puzzle dell'identità di un antineutrino perché portano via energia e sono prodotti in quantità diverse da neutrini e antineutrini. Questo risultato MINERvA ha lo scopo di migliorare le previsioni su come i neutroni potrebbero influenzare gli esperimenti sui neutrini attuali e futuri, compreso l'esperimento internazionale Deep Underground Neutrino, affittato da Fermilab.
In questo studio, MINERvA ha cercato interazioni antineutrino che producono neutroni. Le interazioni antineutrino che studia MINERvA sembrano una o più scie di atomi ionizzati che puntano tutti a un singolo nucleo. A differenza delle particelle cariche, i neutroni possono percorrere molte decine di centimetri da un'interazione antineutrino prima di essere rilevati. Così, la collaborazione MINERvA ha caratterizzato l'attività dei neutroni come sacche di atomi ionizzati isolati spazialmente da entrambe le tracce di particelle cariche e dal punto di interazione.
Questo grafico illustra un'interazione di neutrini nel rivelatore MINERvA. Il riquadro rettangolare evidenzia il punto in cui un neutrino ha interagito all'interno del rivelatore. Il riquadro quadrato appena sopra evidenzia l'aspetto di un neutrone risultante dall'interazione del neutrino. Attestazione:MINERvA
Un'interazione antineutrino può produrre altri tipi di particelle neutre, che può simulare un'interazione di neutroni, e particelle cariche, che possono confondere una misurazione di conteggio dei neutroni da soli espellendo neutroni dai nuclei. Inoltre, quando queste particelle cariche hanno un basso momento, possono finire in una massa di ionizzazione troppo vicina al punto di interazione per essere conteggiata separatamente che maschera anche l'evidenza di particelle neutre. Così, i neutroni possono essere contati in modo più accurato nelle interazioni antineutrino che producono poche particelle aggiuntive. Gli scienziati di MINERvA hanno utilizzato calcoli sulla conservazione della quantità di moto per evitare interazioni che hanno prodotto molte particelle cariche.
Le misurazioni dei neutroni degli antineutrini effettuate da altri esperimenti hanno aspettato che ciascun neutrone perdesse la maggior parte della sua energia prima di poter essere contato. Però, i neutroni del campione di antineutrino di MINERvA hanno energia sufficiente per far fuoriuscire altri neutroni dai nuclei con cui entrano in collisione. Questa reazione a catena modifica sia le energie dei neutroni originali che il numero di neutroni rilevati. Questo risultato si concentra sui segni di neutroni entro decine di nanosecondi da un'interazione antineutrino.
Comprendendo la produzione di neutroni di concerto con la caratterizzazione di MINERvA delle interazioni antineutrino su molti nuclei, futuri studi sull'oscillazione possono quantificare come i neutroni non rilevati potrebbero influenzare le loro conclusioni sulle differenze tra neutrini e antineutrini.
