Neutrina jsou jedny z nejhojnějších, zvědavých a nepolapitelných zvířátek ve fyzice částic. Někteří z nich jsou už od Velkého třesku a právě tak, jak jste to četli, prošly vaše tělo biliony (a další jsou na cestě.) Ale navzdory všudypřítomnosti je neutrinos notoricky obtížně studovat právě proto, že ignorovat skoro všechno vyrobené z něčeho jiného. Není tedy divu, že vážení neutrina není tak jednoduché, jako zdvořilostní žádost, aby šlápnul na stupnici.
Naštěstí fyzici částeček jsou houževnatí, včetně těch na americkém ministerstvu energetiky Fermilab, a nevzdávají se svého nejnovějšího safari neutrina: experimentu NuMI Off-Axis Electron Neutrino Appearance nebo NOvA. (Vědci představují neutrina řeckým písmenem nu, neboproti.) Je to lov velmi malých her, který chytá neutrina za běhu, a používá k tomu velmi velké vybavení. A je již zachycena první neutrina - ještě před úplným dokončením nastavení.
Illinois, vytvořený rozbíjením protonů proti grafitovým cílům v zařízení Fermilab těsně mimo Chicago, se shromažďuje a střílí v paprsku 500 mil severozápadně k dálkovému detektoru NOvA v řece Ash v Minnesotě, který se nachází podél kanadské hranice. První paprsky byly vypáleny v září 2013, zatímco zařízení na řece Ash bylo stále ve výstavbě.
"To, že první neutrina byla detekována ještě před dokončením instalace detektoru dálkového detektoru NOvA, je skutečnou poctou všem zúčastněným," řekl fyzik University of Minnesota Marvin Marshak, ředitel laboratoře Ash River. "Tento včasný výsledek naznačuje, že spolupráce NOvA významně přispěje k poznání těchto částic v ne tak vzdálené budoucnosti."
Paprsky z Fermilabu jsou vystřeleny ve dvou sekundových intervalech, z nichž každý vysílá miliardy neutrin přímo k detektorům. Blízký detektor ve Fermilabu potvrzuje počáteční „chuť“ neutrin v paprsku a mnohem větší dálkový detektor pak určuje, zda se neutrinos změnil během jejich tří milisekundové mezistátní cesty pod zemí.
Opět, protože neutrina neinteragují snadno s obyčejnými částicemi, paprsky se mohou snadno pohybovat přímo mezi zemí mezi zařízeními - navzdory zakřivení Země. Ve skutečnosti paprsek, který začíná 45 metrů pod zemí poblíž Chicaga, nakonec během své cesty prochází hloubkou přes 10 km.
Podle tiskové zprávy společnosti Fermilab přicházejí neutrinos ve třech typech, které se nazývají příchutě (elektron, mion nebo tau), a při cestování se mezi nimi mění. Dva detektory experimentu NOvA jsou umístěny tak daleko od sebe, aby poskytly neutrinům čas oscilovat z jedné příchuti na druhou při cestování téměř rychlostí světla. Přestože je v tomto bodě plně postaven pouze zlomek většího detektoru experimentu, který se nazývá vzdálený detektor, naplněný scintilátorem a zapojený do elektroniky, experiment ji již použil k záznamu signálů od svých prvních neutrin. ““
50 metrů vysoké (15 m) vysoké detekční bloky jsou naplněny kapalinovým scintilátorem, který je vyroben z 95% minerálního oleje a 5% kapalného uhlovodíku zvaného pseudocumen, což je toxické, ale „nezbytné pro proces detekce neutrinů“. Směs zvětšuje jakékoli světlo, které na ni dopadá, což umožňuje snadnější detekci a měření nárazů neutrin. (Zdroj)
"NOvA představuje novou generaci experimentů s neutriny," řekl ředitel Fermilab Nigel Lockyer. "Jsme hrdí na to, že můžeme dosáhnout tohoto důležitého milníku na naší cestě dozvědět se více o těchto základních částicích."
Po dokončení letos v létě budou detektory NOvA v blízkém a vzdáleném dosahu vážit 300 a 14 000 tun.
Cílem experimentu NOvA je úspěšně zachytit a změřit hmotnosti různých neutrinových příchutí a také zjistit, zda jsou neutrina jejich vlastní antičástice (mohou být stejné, protože jim chybí specifický náboj.) Porovnáním kmitání (tj. Příchuť vědci doufají, že určí jejich hierarchii hmoty - a nakonec zjistí, proč vesmír v současné době obsahuje mnohem více hmoty než antihmota.
Čtěte více: Detekce Neutrino může pomoci vykreslit zcela nový obrázek vesmíru
Jakmile bude experiment plně funkční, vědci očekávají, že každý den chytí několik vzácných neutrin - celkem asi 5 000 během svého šestiletého běhu. Do té doby mají alespoň několik svých prvních knih.
„Vidění neutrin v prvních modulech detektoru v Minnesotě je významným milníkem. Teď můžeme začít dělat fyziku. “
- Rick Tesarek, fyzik Fermilab
Další informace o vývoji a konstrukci experimentu NoVA naleznete níže:
(Video kredit: Fermilab)
Více informací o výzkumných cílech NOvA najdete zde.
Zdroj: Tisková zpráva Fermilab
Spolupráce NOvA se skládá z 208 vědců z 38 institucí ve Spojených státech, Brazílii, České republice, Řecku, Indii, Rusku a Velké Británii. Experiment získává finanční prostředky od Ministerstva energetiky USA, Národní vědecké nadace a dalších finančních agentur.
