At finde de manglende brikker i puslespillet om en antineutrinos energi

ladede partikler, som protoner og elektroner, kan karakteriseres ved sporene af atomer, disse partikler ioniserer. I modsætning, neutrinoer og deres antipartikelpartnere ioniserer næsten aldrig atomer, så deres interaktioner skal sættes sammen af, hvordan de bryder kerner fra hinanden.

Men når bruddet producerer en neutron, det kan lydløst bære en kritisk stykke information væk:noget af antineutrinos energi.

Fermilabs MINERvA-samarbejde udgav for nylig et papir for at kvantificere neutronerne produceret af antineutrinoer, der interagerer på et plastikmål.

Måden antineutrinoer ændrer sig mellem deres forskellige typer kunne hjælpe med at forklare, hvorfor det moderne univers er domineret af stof. Den mest lovende model for, hvordan denne adfærd relaterer partikler og antipartikler, afhænger af antineutrino-energi. Imidlertid, neutroner kan efterlade huller i puslespillet om en antineutrinos identitet, fordi de transporterer energi væk og produceres i forskellige mængder af neutrinoer og antineutrinoer. Dette MINERvA-resultat er rettet mod at forbedre forudsigelser af, hvordan neutroner kan påvirke nuværende og fremtidige neutrinoeksperimenter, herunder det internationale Deep Underground Neutrino Experiment, vært hos Fermilab.

I dette studie, MINERvA ledte efter antineutrino-interaktioner, der producerer neutroner. De antineutrino-interaktioner, som MINERvA studerer, ligner et eller flere spor af ioniserede atomer, der alle peger tilbage til en enkelt kerne. I modsætning til ladede partikler, neutroner kan rejse mange ti centimeter fra en antineutrino-interaktion, før de bliver opdaget. Så, MINERvA-samarbejdet karakteriserede neutronaktivitet som lommer af ioniserede atomer, der er rumligt isoleret fra både ladede partikelspor og interaktionspunktet.

En antineutrino-interaktion kan producere andre typer neutrale partikler, som kan forfalske en neutroninteraktion, og ladede partikler, som kan forvirre en neutrontællemåling ved selv at udstøde neutroner fra kerner. Ud over, når disse ladede partikler har lavt momentum, de kan ende i en masse af ionisering for tæt på interaktionspunktet til at blive talt separat, hvilket også maskerer bevis for neutrale partikler. Så, neutroner kan tælles mere nøjagtigt i antineutrino-interaktioner, der producerer få yderligere partikler. MINERvA-forskere brugte bevarelse af momentumberegninger for at undgå interaktioner, der producerede mange ladede partikler.

Andre eksperimenters målinger af neutroner fra antineutrinoer har ventet på, at hver neutron mister det meste af sin energi, før den kan tælles. Imidlertid, neutroner fra MINERvA's antineutrino-prøve har energi nok til at slå andre neutroner ud af kerner, de kolliderer med. Denne kædereaktion ændrer både de oprindelige neutroners energier og antallet af detekterede neutroner. Dette resultat fokuserer på tegn på neutroner inden for snesevis af nanosekunder af en antineutrino-interaktion.

Ved at forstå neutronproduktion i overensstemmelse med MINERvA's karakterisering af antineutrino-interaktioner på mange kerner, fremtidige oscillationsstudier kan kvantificere, hvordan uopdagede neutroner kan påvirke deres konklusioner om forskellene mellem neutrinoer og antineutrinoer.