Нейтрино являются одними из самых распространенных, любопытных и неуловимых критериев в физике элементарных частиц. Некоторые из них были со времен Большого взрыва, и, как вы уже читали, триллионы из них прошли через ваше тело (и еще больше в пути). Но, несмотря на их вездесущность, нейтрино, как известно, трудно изучать именно потому, что они игнорировать почти все, что сделано из чего-либо еще. Поэтому неудивительно, что взвесить нейтрино не так просто, как вежливо просить сделать шаг в масштабе.
К счастью, физики элементарных частиц очень упорны, в том числе те, кто работает в Fermilab Министерства энергетики США, и они не отказываются от своего последнего нейтринного сафари: эксперимента внеоосного электронного нейтрино NuMI или NOvA. (Ученые представляют нейтрино с греческой буквой ню, илиv.) Это очень маленькая игра для ловли нейтрино на лету, и она использует очень большое оборудование для выполнения этой работы. И он уже захватил свои первые нейтрино - даже до того, как их установка полностью завершена.
Полученные в результате столкновения протонов с графитовыми целями на объекте Фермилаб недалеко от Чикаго, штат Иллинойс, полученные нейтрино собираются и выбрасываются в пучке в 500 милях к северо-западу от дальнего детектора NOvA в реке Эш, штат Миннесота, расположенной вдоль канадской границы. Самые первые балки были запущены в сентябре 2013 года, когда сооружение на реке Эш все еще находилось в процессе строительства.
«То, что первые нейтрино были обнаружены еще до завершения установки дальнего детектора NOvA, является настоящей данью уважения всем участникам», - сказал физик из Миннесотского университета Марвин Маршак, директор лаборатории Ash River. «Этот ранний результат говорит о том, что сотрудничество с NOvA внесет важный вклад в наши знания об этих частицах в не столь отдаленном будущем».
Лучи от Fermilab запускаются с интервалом в две секунды, каждый из которых направляет миллиарды нейтрино прямо на детекторы. Ближний детектор в Fermilab подтверждает первоначальный «вкус» нейтрино в пучке, и гораздо больший дальний детектор затем определяет, изменились ли нейтрино во время их трехмиллисекундного подземного межгосударственного путешествия.
Опять же, поскольку нейтрино не могут легко взаимодействовать с обычными частицами, лучи могут легко перемещаться прямо сквозь землю между объектами - несмотря на кривизну Земли. Фактически, луч, который начинается на 150 футов (45 метров) под землей около Чикаго, в конечном итоге проходит более 6 миль (10 км) во время своего путешествия.
Согласно пресс-релизу от Fermilab, нейтрино «бывают трех типов, называемых ароматизаторами (электрон, мюон или тау), и меняются между ними во время путешествия. Два детектора эксперимента NOvA расположены так далеко друг от друга, чтобы дать нейтрино время колебаться от одного аромата к другому, путешествуя почти со скоростью света. Несмотря на то, что только часть более крупного детектора эксперимента, называемого дальним детектором, полностью построена, заполнена сцинтиллятором и подключена к электронике, на данный момент эксперимент уже использовал его для регистрации сигналов от своих первых нейтрино ».
Детекторные блоки высотой 50 футов (15 м) заполнены жидким сцинтиллятором, состоящим из 95% минерального масла и 5% жидкого углеводорода под названием псевдокумен, который токсичен, но «необходим для процесса обнаружения нейтрино». Смесь увеличивает любой свет, который попадает на нее, позволяя более легко обнаруживать и измерять удары нейтрино. (Источник)
«NOvA представляет новое поколение экспериментов с нейтрино», - сказал директор Fermilab Найджел Локер. «Мы гордимся тем, что достигли этой важной вехи на пути к тому, чтобы больше узнать об этих фундаментальных частицах».
После завершения этого лета ближние и дальние детекторы NOvA будут весить 300 и 14 000 тонн соответственно.
Цель эксперимента NOvA состоит в том, чтобы успешно собрать и измерить массы различных нейтринных ароматов, а также определить, являются ли нейтрино их собственными античастицами (они могут быть одинаковыми, поскольку у них нет специфического заряда.), Сравнивая колебания (то есть аромат Изменения) пучков мюонных нейтрино и пучков мюонных антинейтрино, запущенных из Фермилаба, ученые надеются определить их иерархию масс - и в конечном итоге выяснить, почему Вселенная в настоящее время содержит гораздо больше вещества, чем антивещества.
Подробнее: Обнаружение нейтрино может помочь нарисовать совершенно новую картину Вселенной
После того, как эксперимент будет полностью введен в действие, ученые ожидают, что каждый день будут ловить несколько драгоценных нейтрино - всего около 5000 в течение шести лет. До тех пор у них по крайней мере сейчас есть первые несколько книг.
«Наблюдение нейтрино в первых модулях детектора в Миннесоте является важной вехой. Теперь мы можем начать заниматься физикой ».
- Рик Тесарек, физик Фермилаб
Узнайте больше о разработке и создании эксперимента NoVA ниже:
(Видео предоставлено: Fermilab)
Узнайте больше о целях исследования NOvA здесь.
Источник: пресс-релиз Fermilab
Сотрудничество NOvA состоит из 208 ученых из 38 учреждений США, Бразилии, Чехии, Греции, Индии, России и Великобритании. Эксперимент получает финансирование от Министерства энергетики США, Национального научного фонда и других финансирующих учреждений.
