Hemmeligheden ved at måle en antineutrinos energi

MINERvA -samarbejdet analyserede data fra interaktionerne mellem en antineutrino - en neutrinos antimateriepartner - med en kerne. De blev overrasket over at finde beviser for, at antineutrinoer interagerede med par partikler inde i kernen. De havde forventet, at antineutrinoer ville interagere med kun enkelte protoner eller neutroner. For at se dette bevis, teamet sammenlignede deres antineutrino -data med en model af disse interaktioner. Modellen var baseret på en tidligere analyse af neutrino -interaktioner på MINERvA, der blev offentliggjort for to år siden.

Forskere bruger neutrino -målinger til at bestemme, hvorfor vores univers er lavet af stof frem for antimateriale - det vil sige, hvorfor stof overgik antimateriale i begyndelsen af ​​vores univers. Svaret vedrører et fænomen kendt som CP -overtrædelse. Neutrinoer - allestedsnærværende, svære at fange partikler-kunne holde svaret. Søgninger efter CP -krænkelse afhænger af at sammenligne neutrino- og antineutrino -prøver og lede efter små forskelle. Stor, ukendte forskelle mellem neutrino- og antineutrino -reaktionshastigheder i en detektor (som kun er fremstillet af stof) ville skjule tilstedeværelsen eller fraværet af CP -signaturer. MINERvAs nye analyse afslører meget om, hvor godt modeller klarer sig, og hvor de mangler. Teamet konvergerer på bedre modeller, der beskriver både neutrino- og antineutrino -data.

Det er ingen hemmelighed, at neutrinoer ændrer smag, eller svinge, når de rejser fra et sted til et andet. Beløbet, de ændrer, afhænger af, hvor lang tid de har til at ændre. Denne tid er direkte relateret til afstanden, neutrinoen tilbagelagt, og energien fra selve neutrinoen. Det er let at måle afstanden. Den hårde del er at måle neutrinoenergien.

Eksperimenter gør dette ved at måle energierne af partikler, der produceres af neutrinoen, når det interagerer i detektorerne. Men hvad sker der, hvis en af ​​de producerede partikler, for eksempel, en neutron, efterlader knap noget af sin energi i detektoren?

Oscillationsforsøg skal forudsige, hvor meget energi der går tabt og derefter korrigere for det tab. Disse forudsigelser afhænger af nøjagtige modeller for, hvordan neutrinoer interagerer. Disse modeller skal være rigtige ikke kun for neutrinoer, men også for antineutrinoer, som er særligt gode til at lave neutroner.

MINERvA -samarbejdet analyserede data fra interaktioner mellem antineutrinoer, der producerede positivt ladede muoner. Forskere så på både momentum og energien, der blev overført til kernen i disse interaktioner. Ved at fokusere på den kinematiske region, hvor kun en neutron bør slås ud, de kiggede på den værst tænkelige situation:Det meste af energien forsvinder. På denne måde, forskere målte direkte virkningerne af en ufuldkommen model for manglende energi.

For at forstå, hvorfor denne nye analyse af antineutrino -interaktioner er spændende, vi skal se tilbage på en måling fra for to år siden. Den tid, MINERvA målte neutrino -interaktioner, der producerer negativt ladede muoner - interaktioner, der er mere tilbøjelige til at producere en proton end en neutron. En protons energi er meget lettere at måle end en neutrons i en detektor som MINERvA. For neutrino-interaktioner på et proton-neutronpar (snarere end kun på en af ​​de to partikler), forskere observerede et meget større antal begivenheder, end de state-of-the-art modeller forudsagde. Neutrino-tværsnitsentusiaster bliver aldrig overrasket, når modeller ikke beskriver data. Så her er overraskelsen:Da de brugte neutrino -resultaterne til at ændre antineutrino -modellen til at forudsige antineutrino -dataene beskrevet ovenfor, det virkede.