Nøytrinoer er noen av de mest tallrike, nysgjerrige og unnvikende critters innen partikkelfysikk. Noen av dem har eksistert siden Big Bang, og akkurat som du har lest dette, har billioner av dem passert kroppen din (og flere er på vei.) Men til tross for at de er allestedsnærværende, er nøytrinoer notorisk vanskelig å studere nettopp fordi de ignorere stort sett alt laget av noe annet. Så det er ikke overraskende at det ikke er så enkelt å veie en nøytrino som høflig å be en gå på en skala.
Heldigvis er partikkelfysikere en iherdig masse, inkludert dem ved U.S. Department of Energy's Fermilab, og de gir ikke opp den siste neutrinosafari: NuMI Off-Axis Electron Neutrino Appearance-eksperimentet, eller NOvA. (Forskere representerer nøytrinoer med den greske bokstaven nu, ellerv.) Det er en veldig liten viltjakt å fange nøytrinoer på flua, og den bruker noe veldig stort utstyr for å gjøre jobben. Og den har allerede fanget sine første nøytrinoer - selv før oppsettet er fullstendig.
Opprettet ved å knuse protoner mot grafittmål i Fermilabs anlegg rett utenfor Chicago, Illinois, og resulterende nøytrinoer blir samlet og skutt ut i en bjelke 500 kilometer nordvest til NOvA-fjerndetektoren i Ash River, Minnesota, som ligger langs den kanadiske grensen. De aller første bjelkene ble avfyrt september 2013, mens Ash River-anlegget fortsatt var under bygging.
"At de første nøytrinoene er blitt oppdaget allerede før NOvA-detektorens installasjon er fullført, er en virkelig hyllest til alle involverte," sa fysiker fra University of Minnesota Marvin Marshak, direktør for Ash River Laboratory. "Dette tidlige resultatet antyder at NOvA-samarbeidet vil gi viktige bidrag til vår kunnskap om disse partiklene i ikke så fjern fremtid."
Bjelkene fra Fermilab fyres i to sekunders intervaller, som hver sender milliarder av nøytrinoer direkte mot detektorene. Nærdetektoren på Fermilab bekrefter den opprinnelige "smaken" av nøytrinoer i strålen, og den mye større fjerndetektoren bestemmer da om nøytrinoene har endret seg i løpet av deres tre millisekunders underjordiske reise.
Igjen, fordi nøytrinoer ikke lett samvirker med vanlige partikler, kan bjelkene lett bevege seg rett gjennom bakken mellom fasilitetene - til tross for jordens krumning. Faktisk passerer strålen, som starter 45 meter under bakken nær Chicago, til slutt over 10 km dypt under turen.
I følge en pressemelding fra Fermilab kommer nøytrinoer i tre typer, kalt smaker (elektron, muon eller tau), og skifter mellom dem når de reiser. De to detektorene i NOvA-eksperimentet er plassert så langt fra hverandre for å gi nøytrinoene tiden til å svinge fra en smak til en annen mens de reiser med nesten lysets hastighet. Selv om bare en brøkdel av eksperimentets større detektor, kalt fjerndetektoren, er ferdig bygget, fylt med scintillator og kablet med elektronikk på dette tidspunktet, har eksperimentet allerede brukt den til å registrere signaler fra de første nøytrinoene. "
De 50 fots (15 m) høye detektorblokkene er fylt med en flytende scintillator som er laget av 95% mineralolje og 5% flytende hydrokarbon kalt pseudocumen, som er giftig, men "viktig for den nøytrino-detekteringsprosessen." Blandingen forsterker alt lys som treffer det, slik at nøytrino-streikene lettere kan oppdages og måles. (Kilde)
"NOvA representerer en ny generasjon nøytrinoeksperimenter," sa Fermilab-direktør Nigel Lockyer. "Vi er stolte av å nå denne viktige milepælen på vei til å lære mer om disse grunnleggende partiklene."
Etter ferdigstillelse i sommer vil NOvAs nær- og fjerndetektorer veie henholdsvis 300 og 14 000 tonn.
Målet med NOvA-eksperimentet er å lykkes med å fange opp og måle massene av de forskjellige nøytrino-smakene og også bestemme om nøytrinoer er deres egne antipartikler (de kan være de samme, siden de mangler spesifikk ladning.) Ved å sammenligne svingningene (dvs. smaken endringer) av muon-nøytrino-stråler kontra muon-antineutrino-stråler avfyrt fra Fermilab, håper forskere å bestemme deres massehierarki - og til slutt oppdage hvorfor universet for øyeblikket inneholder mye mer materie enn antimaterie.
Les mer: Deteksjon av nøytrino kan bidra til å male et helt nytt bilde av universet
Når eksperimentet er ferdig operert, forventer forskere å fange et par dyrebare nøytrinoer hver dag - omtrent 5000 i løpet av det seksårige løpet. Inntil da har de i det minste nå sine første få på bøkene.
“Å se nøytrinoer i de første modulene til detektoren i Minnesota er en viktig milepæl. Nå kan vi begynne å gjøre fysikk. ”
- Rick Tesarek, fysiker i Fermilab
Lær mer om utviklingen og konstruksjonen av NoVA-eksperimentet nedenfor:
(Videokreditt: Fermilab)
Finn ut mer om NOvA-forskningsmålene her.
Kilde: Fermilab pressemelding
NOvA-samarbeidet består av 208 forskere fra 38 institusjoner i USA, Brasil, Tsjekkia, Hellas, India, Russland og Storbritannia. Eksperimentet mottar finansiering fra U.S. Department of Energy, National Science Foundation og andre finansieringsbyråer.
