En gerningsstedsundersøgelsesteknik giver et skarpt blik på de spor, som partikler efterlader, før de flygter fra stedet

Forskere løser neutrino-mysterier ved at se dem interagere med detektorer - specifikt, med atomkernerne i detektormaterialet. Det meste af tiden, en neutrino giver ikke engang hånd med en kerne. Men når den gør det, den lette, neutral partikel kan omdanne til en ladet partikel og slå ting ud af kernen, når den undslipper - efterlader et gerningssted bag sig. Forskere ved Fermilabs MINERvA -eksperiment rekonstruerede gerningsstedet, der adskilte underliggende fænomener for at få et klart billede af, hvad der skete.

Neutrinoer er lette partikler, der sjældent interagerer med stof. Deres modvilje mod at interagere gør dem svære at studere, men de er også selve partiklerne, der kunne besvare mangeårige spørgsmål om skabelsen af ​​kosmos. Ved at studere de spor neutrinoer efterlader, videnskabsmænd indsamlede mere information om betydningen af ​​disse spor. Jo flere oplysninger de har, jo bedre deres neutrino -målinger - ikke kun ved MINERvA, men også ved andre neutrino -eksperimenter.

Neutrinoer sejler normalt gennem stoffet uden at støde ind i det. Men en gang imellem, det giver hånd med en kerne, og nogle gange tager håndtrykket en ødelæggende drejning:En ladet lepton (en elektron eller muon) dannes, mens kernens bestanddele er slået ud. En partikeldetektor indsamler spor af den ladede lepton og knock-out.

MINERvA -forskere undersøger de resulterende partikels spor for at rekonstruere interaktionen mellem neutrinoerne og kernerne. Indtil nu, dette har ikke været en let opgave:Nukleare effekter har sløret meget af beviserne for de indtrængende neutrinoer, efterlader forskere komplekse og tilsyneladende irrelevante oplysninger. Ikke alle neutrinoer opfører sig forkert, men, desværre, neutrinoerne, vi bekymrer os om - dem med energi, der kan sammenlignes med massen af ​​kernernes bestanddele og muligvis kunne fortælle os om skabelsen af ​​kosmos - har alle denne modus operandi.

For at rekonstruere det resulterende gerningssted, videnskabsmænd har brug for en fuldstændig forståelse af, hvordan de nukleare effekter virker. Både den ladede lepton og knock-out beholder delvise fingeraftryk fra den originale neutrino, og disse delvise fingeraftryk ligger tvetydigt oven på baggrunden for nuklear effekt. Forskere har fundet ud af, at de kan løfte fingeraftrykkene via en ny neutrino CSI-teknik kendt som endelige tilstandskorrelationer. De fine detaljer om de nukleare effekter bliver først tydelige, når andre effekter fjernes.

For at få en fornemmelse af den sidste tilstands korrelationsteknik, lad os tage et skridt tilbage og se på begivenhederne, der førte til gerningsstedet:En neutrino støder ind i en kerne. Interaktionen producerer andre partikler. De nye partikler-ladet lepton og knock-out-flyver af sted i modsatte retninger, efterlader spor af sig selv i detektoren.

Hvis kernen var en inaktiv tilskuer, disse flygtninge ville flygte fra scenen ryg mod ryg, måske den ene mod øst og den anden mod vest. Men i virkeligheden, den ladede leptons bevægelse mod øst matcher ikke knock-out-partikelens bevægelse mod vest. Disse subtile momentumforskelle er spor; de afspejler alt, hvad der sker inde i kernen, som en skygge af gerningsstedet kastet af lommelygten båret af neutrinoen. Dermed, neutrinoer kaster ingen skygger - kun nukleare effekter gør. Sluttilstandskorrelationsteknikken matcher de nukleare effekter med postinteraktionspartiklernes afgange fra stierne med lige øst-vest momenta.

Forskere brugte den nye teknik. De lagde en detaljeret rekonstruktion af de nukleare effekter. De underliggende fænomener - såsom kernens oprindelige tilstand, ekstra knock-out mekanisme, og slutstatens interaktioner mellem knock-out og resten af ​​kernen-er nu adskilt.