Descobrir mais sobre a natureza das oscilações de neutrinos dá insights importantes sobre o mundo subatômico ea evolução do universo. "Sabemos que dois dos neutrinos são semelhantes em massa, e que um terceiro tem uma massa bastante diferente dos outros dois. Mas nós ainda não sabemos se essa massa separada é maior ou menor do que os outros dois", diz Ryan Patterson , um Caltech professor assistente de física e o líder da equipe de análise de dados da NOVA. . Através de um estudo preciso das oscilações de neutrinos com a Nova, os pesquisadores esperam resolver este mistério-ordenação em massa. "A ordenação massa do neutrino tem conexões por toda a física, a partir do crescimento da estrutura no universo para o comportamento das partículas em inacessivelmente altas energias", diz ele, com a Nova único entre as experiências operacionais, devido à sua sensibilidade a esta ordenação em massa.
No futuro, os pesquisadores plano Nova para determinar se antineutrinos oscilar na mesma taxa que neutrinos - ou seja, para ver se neutrinos e antineutrinos se comportar de forma simétrica. Se Nova descobre que não o fizerem, esta descoberta poderia, na Physical Review Letters sua vez, ajudar a revelar por isso que hoje a quantidade de matéria no universo é muito maior do que a quantidade de antimatéria, enquanto que no início do universo, as proporções dos dois foram equilibrados.
A cada segundo, trilhões de neutrinos viajam através de seu corpo despercebido.Neutrinos estão entre as partículas mais abundantes no universo, mas eles são difíceis de estudar porque eles raramente interagem com a matéria. Para encontrar vestígios destas partículas indescritíveis, pesquisadores da Caltech têm colaborado com 39 outras instituições para construir um detector de 14.000 toneladas do tamanho de duas quadras de basquete chamado NUMI Fora do EixoElectron Neutrino Aparência, ou Nova. O experimento, localizada no norte do Minnesota, começou a operação completa em novembro de 2014 e publicado os seus primeiros resultados na Physical Review Letters este mês.
O experimento tem como objetivo observar oscilações de neutrinos - ou a conversão de um tipo de neutrino em outro - para aprender sobre a composição subatômica do universo. Existem três tipos diferentes, ou "sabores" de neutrinos - muon-, tau-, e do tipo de elétrons. O experimento Nova fez detecções de sucesso da transformação dos neutrinos do tipo múon em neutrinos do tipo de elétrons. Descobrir mais sobre a frequência e natureza das oscilações de neutrinos é um passo importante para determinar as massas de diferentes tipos de neutrinos, um componente desconhecido fundamental em cada modelo cosmológico do universo.
Embora neutrinos raramente interagem com a matéria, um em cada 10 bilhões de neutrinos que atravessa o detector irá interagir com um átomo no detector.Para observar essas colisões, um feixe de neutrinos 500 milhas de distância do Fermilab, em Chicago é disparado a cada 1,3 segundos em uma explosão de 10 microssegundos no detector. O detector é constituído por 344.000 células, cada como um pixel de uma câmara e cada um cheio com um cintilador líquido, um produto químico que emite luz quando partículas carregadas electricamente passar através dele. Quando um neutrino choca com um átomo de este líquido - um evento estimado de acontecer uma vez por cada 10 milhões de neutrinos que passam através - que produz um spray distintivo de partículas, tal como electrões, muões, ou protões. Quando estas partículas passam através de um celular, produtos químicos fluorescentes iluminam o celular, permitindo que os cientistas podem rastrear os caminhos das partículas da colisão.
"Cada tipo de neutrino deixa uma assinatura especial quando se interage no detector", diz Patterson. "Fermilab faz um fluxo de quase exclusivamente neutrinos do tipo múon. Se um destes sucessos algo em nosso detector, vamos ver as assinaturas de uma partícula chamada múon. No entanto, se um tipo de elétron neutrino interage no nosso detector, vemos as assinaturas de um elétron ".
Porque o feixe de neutrinos provenientes do Fermilab é projetada para produzir quase inteiramente neutrinos do tipo múon, há uma alta probabilidade de que todas as assinaturas de neutrinos do tipo de elétrons vêm de um neutrino do tipo múon que sofreu uma oscilação transformadora.
A imagem acima é uma interação neutrino do tipo múon no detector Nova, como visto pelas células orientados verticalmente (painel superior) e células orientados horizontalmente (painel inferior). Usando células orientada para os dois lados, os pesquisadores podem construir uma versão tridimensional do evento. O neutrino entrou a partir da esquerda nesta imagem, da direção do Fermilab.Cada pixel colorido representa uma célula individual do detector, com cores mais quentes correspondentes à luz mais observado e, portanto, mais energia depositada atravessando partículas. O múon produzido nesta colisão deixou a linha de tempo, diga-conto de células ativas ao longo de seu caminho. Outras partículas que emanam do ponto de interação também são visíveis. (Colaboração Nova)
Os pesquisadores estimaram que, se as oscilações não estavam ocorrendo, 201 do tipo múon neutrinos teria sido obtido durante o período de tomada de dados inicial, que terminou em maio de 2015. Mas, durante esta primeira execução de coleta de dados, Nova vi as assinaturas de apenas 33 muon- digite neutrinos - sugerindo que os neutrinos do tipo múon foram desaparecendo porque alguns tinham mudado tipo. O detector também mediu seis neutrinos do tipo de elétrons, quando apenas um deste tipo seria esperado se as oscilações não estavam ocorrendo.
"Nós vemos uma taxa grande para essa transição, muito maior do que precisava ser, dado o nosso conhecimento atual", diz Patterson. "Estes dados iniciais estão nos dando pistas emocionantes já sobre o espectro de massa dos neutrinos."
A equipe Caltech Nova conduziu a pesquisa e desenvolvimento sobre os elementos detectores. O objetivo era fazer com que cada célula detector sensível o suficiente para identificar os sinais de partículas fracas ao longo do ruído de fundo. A equipa concebidos os elementos detectores individuais para operar a -15 graus Celsius para manter o ruído - vibrações aberrantes e outros sinais de dados - no mínimo, e também construídas estruturas para remover a condensação que podem ocorrer a temperaturas tão baixas. Até o final de construção em 2014, todas as 12.000 matrizes de detectores, cada um com 32 células, tinha sido construído no Caltech.
"A resolução espacial em um detector deste tamanho é sem precedentes", diz Patterson. "Todo o detector é altamente 'ativa' -. O que significa que a maior parte dele é realmente capaz de detectar partículas Temos tentado minimizar a quantidade de material" morto ", como estruturas de apoio Além disso, embora os diferentes tipos de neutrinos sair. assinaturas diferentes, estas assinaturas pode ser semelhante - por isso precisamos de tanto poder de discriminação que podemos chegar ".
O ESO Very Large Array imagem no topo da página mostra o conjunto impressionante galáxia MACS J0717, sete fontes gravitacionalmente de lentes são observadas, todas as fontes de fontes pontuais ou que são pouco maior do que pontos. Isso faz com que MACS J0717 o cluster com o maior número de fontes de rádio lensed conhecidos.
O Galaxy diário via Caltech
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