NOvA vender blikket mod himlen

NOvA -eksperimentet, bedst kendt for sine målinger af neutrinoscillationer ved hjælp af partikelstråler fra Fermilab -acceleratorer, har vendt blikket mod himlen, undersøge fænomener lige fra supernovaer til magnetiske monopoler. Mange tak til moderne computermuligheder, forskere kan indsamle og analysere data for disse emner samtidigt, såvel som til det primære neutrino -program ved U.S. Department of Energy's Fermilab, hvor det er baseret.

De mest dramatiske astrofysiske fænomener, som NOvA -undersøgelser er supernovaer. Når en massiv stjerne falder sammen, den frigiver 99% af sin energi i et udbrud af neutrinoer. De andre 1% bliver en synlig supernova, lys nok til at overstråle en hel galakse. Mens neutrinoerne bærer langt mere energi end lyspartiklerne, kaldet fotoner, de undvigende neutrinoer er meget vanskeligere at observere. Hundredvis af synlige lys-supernovaer opdages hvert år, men kun en siden begyndelsen af ​​en alder af neutrinodetektorer har været nær nok til at have været set gennem dens neutrinosignatur:SN 1987A, i en satellitgalakse i vores Mælkevej.

Begge NOvA's partikeldetektorer - nærdetektoren ved Fermilab og fjerndetektoren i det nordlige Minnesota - er i stand til at detektere neutrinoer genereret af supernovaer. Hver supernova-neutrino signatur ville se meget mindre ud end den fra en accelerator-genereret neutrino stråle, men det ville stadig kunne observeres. Hvis en supernova skulle blive født i vores galakse, NOvA's 14, 000 ton langt detektor ville se tusinder af disse neutrinoer i et par sekunders burst, og de 300 ton tæt på detektorer dusinvis.

I et nyt papir, der skal offentliggøres i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, NOvA -samarbejdet beskriver det system, der vil blive brugt til at udløse på et sådant burst. På grund af sjældenheden i nærheden af ​​supernovaer og den høje værdi af neutrino -data, NOvA bruger flere redundante systemer til at sikre indsamling af supernova -data. Udover at køre en kontinuerlig real-time søgning efter et udbrud af neutrinoer i sine egne data, NOvA abonnerer på Supernova Early Warning System, eller SNEWS, et netværk af neutrino-eksperimenter, der advarer hinanden, når to af dem ser supernova-lignende aktivitet på samme tid. NOvA abonnerer også på advarsler sendt af LIGO/Virgo-samarbejdet, når en gravitationsbølge-hændelse observeres, behandler hver enkelt som en potentiel kilde til interessante data. Da gravitationsbølge-astronomi er helt ny, der er et stort potentiale for overraskelser.

Den enkleste model, der forklarer størstedelen af ​​gravitationsbølgehændelser-sorte huller, der fusionerer i vakuum-forudsiger ikke partikelemissioner. Men hvis de sorte huller fusionerede i et gasformigt medium, partikler ville blive accelereret, muligvis føre til et observerbart signal. Andre mere eksotiske alternative modeller, der forklarer nogle gravitationsbølgehændelser, kan også give et burst af partikler, der er synlige for NOvA.

Et andet scenario, der kan udløse NOvA, er et tilfælde af forkert identitet, en, hvor en supernova fejlagtigt er identificeret som et sort huls gravitationsbølgehændelse. Samarbejdet foretog en søgning efter eventuelle emissioner, der var synlige for NOvA, lige fra supernova-lignende neutrinoer til partikler med høj energi partikler, der er store nok til at lyse hele fjerndetektoren op. Endnu, ved hjælp af to dusin gravitationsbølgehændelser rapporteret gennem midten af ​​2019, NOvA har ikke fundet tegn på et signal. Dette resultat vises i Fysisk gennemgang D . NOvA vil fortsat undersøge hændelser, som de rapporteres. Med mulighederne for gravitationsbølgedetektorer til hurtigt at blive bedre i løbet af de næste par år, der vil være mange flere muligheder for at deltage i nye opdagelser.

Tættere på hjemmet, NOvAs underjordiske nærdetektor er blevet brugt til at undersøge sæsonvariationen af ​​kosmiske strålemuoner under jorden. Kosmiske stråler er partikler fra det ydre rum, der konstant regner ned fra himlen. De kolliderer med partikler i den øvre atmosfære, producerer muoner. Antallet af muoner påvirkes af atmosfæriske forhold, og det samlede antal muoner, der når underjordiske detektorer, er højere om sommeren. Sommerens mindre tætte atmosfære favoriserer produktionen af ​​muoner, der henviser til, at den tættere vinteratmosfære har en tendens til at nedbryde energien fra muonernes forælderpartikler. NOvA er det andet eksperiment, efter sin forgænger MINOS, at observere, at denne sæsonbestemte korrelation vendes, når par muoner ankommer samtidigt, i stedet for ensomme muoner, tælles. Disse er mere almindelige om vinteren af ​​årsager, der ikke er godt forstået.

NOvA bruger også sin store fjerndetektor til at lede efter andre eksotiske kosmiske fænomener. I et nyt papir om arXiv, samarbejdet rapporterer om en søgning efter magnetiske monopoler. Disse hypotetiske partikler bærer en enkelt magnetisk ladning - enten en nord- eller en sydpol, men ikke begge dele. Aldrig observeret, eksistensen af ​​monopoler ville hjælpe med at binde sammen fundamentale teorier inden for fysik, samt bringe en tilfredsstillende symmetri til Maxwells ligninger, der beskriver elektromagnetisme. Magnetiske monopoler kan være en sjælden komponent i kosmiske stråler, og NOvA fjerndetektoren er en meget dygtig kosmisk stråledetektor, i stand til at observere detaljerede partikelspor. I modsætning til de fleste tidligere neutrinodetektorer og mange tidligere monopoldetektorer, den er ikke under jorden. Det betyder, at hvis monopoler viser sig at være relativt langsomme og lette partikler, de ville nå NOvA, i modsætning til detektorer, der blev brugt i tidligere søgninger. Ved hjælp af et lille sæt tidlige data, NOvA -forskere søgte efter monopoler i et masseområde, der aldrig før var søgt. De så ingen, udelukker en stor strøm af lette monopoler. De vil undersøge yderligere data for at stramme disse grænser eller, bare måske, at opdage den undvigende partikel.

Naturens kosmiske acceleratorer leverer fortsat interessant fysik til NOvA -samarbejdet for at studere.