Нейтрино - одні з найпоширеніших, цікавих і невловимих факторів фізики частинок. Деякі з них існують ще з часів Великого вибуху, і, як тільки ви це читали, трильйони з них пройшли через ваше тіло (і ще багато в дорозі.) Але, незважаючи на всю всюдисутність, нейтрино, як відомо, важко вивчити саме тому, що вони майже ігноруйте все, що було зроблено з нічого іншого. Тож не дивно, що зважування нейтрино не так просто, як ввічливо попросити когось ступити за шкалою.
На щастя, фізики частинок - це наполеглива партія, в тому числі ті, що знаходяться в Міністерстві енергетики США Фермілаба, і вони не відмовляються від свого останнього нейтрино-сафарі: експерименту з появою нейтронових електронів NuMI Off-Axis або NOvA. (Вчені представляють нейтрино з грецькою літерою nu, абоv.) Полювання на маленьку дичину - це лов на нейтрино на льоту, і для роботи це використовується дуже велике обладнання. І він вже захопив свої перші нейтрино - ще до того, як їх налаштування буде повністю завершено.
Створений шляхом розгрому протонів проти графітових мішень у приміщенні Фермілаба недалеко від Чикаго, штат Іллінойс, в результаті нейтрино збирають і вистрілюють у промінь за 500 миль на північний захід від дальнього детектора NOvA в річці Еш, штат Міннесота, розташований уздовж канадського кордону. Перші балки були вистрілені у вересні 2013 року, тоді як споруда на річці Еш ще будувалася.
"Те, що перші нейтрино були виявлені ще до того, як установка датчика датчиків NOvA завершена, є справжньою даниною всім залученим", - сказав фізик Міннесотського університету Марвін Маршак, директор лабораторії Еш Рівер. "Цей ранній результат говорить про те, що співпраця NOvA внесе важливий внесок у наше знання цих частинок у не так далекому майбутньому".
Промені Фермілаба вистрілюються з інтервалом у дві секунди, кожен з яких направляє мільярди нейтрино прямо до детекторів. Близький детектор у Фермілабі підтверджує початковий «аромат» нейтрино в пучку, і набагато більший далеко детектор потім визначає, чи змінилися нейтрино під час їх тримільсекундної підземної міждержавної подорожі.
Знову ж таки, оскільки нейтрино не взаємодіють із звичайними частинками, пучки можуть легко переміщатися по землі між спорудами - незважаючи на викривлення Землі. Насправді промінь, який починається на 150 футів (45 метрів) під землею поблизу Чикаго, врешті-решт проходить понад 6 миль (10 км) глибиною під час своєї подорожі.
Згідно з прес-релізом Фермілаба, нейтрино «буває трьох типів, які називаються ароматизаторами (електрон, мюон або тау), і змінюються між ними під час подорожі. Два детектори експерименту NOvA розміщені так далеко один від одного, щоб дати нейтрино час коливатися від одного аромату до іншого під час подорожі майже зі швидкістю світла. Незважаючи на те, що лише частина більшого детектора експерименту, який називається дальним детектором, повністю побудований, наповнений сцинтилятором і провідна електронікою в цей момент, експеримент вже використовував його для запису сигналів з перших нейтрино ».
Висотні 50-футові детекторні блоки наповнені рідким сцинтилятором, який виготовлений з 95% мінеральної олії та 5% рідкого вуглеводню під назвою псевдокумен, який є токсичним, але "вкрай необхідним для процесу виявлення нейтрино". Суміш збільшує будь-яке світло, що потрапило в неї, дозволяючи легким виявити та виміряти удари нейтрино. (Джерело)
"NOvA являє собою нове покоління експериментів з нейтрино", - сказав директор Фермілаба Найджел Локкер. "Ми пишаємося тим, що досягли цієї важливої віхи на шляху до того, щоб дізнатися більше про ці основні частинки".
Після завершення цього літа детектори Близького та Далекого NOvA будуть важити відповідно 300 та 14 000 тонн.
Мета експерименту NOvA - успішно фіксувати та вимірювати маси різних нейтрино ароматизаторів, а також визначити, чи є нейтрино власними античастинками (вони можуть бути однаковими, оскільки їм не вистачає специфічного заряду). Порівнюючи коливання (тобто аромат зміни) мюонних пучків нейтрино проти мюонних антинейтринових променів, вистрілених з Фермілаба, вчені сподіваються визначити їхню ієрархію мас - і в кінцевому підсумку виявлять, чому Всесвіт наразі містить набагато більше речовини, ніж антиматерія.
Читайте більше: Нейтрино виявлення може допомогти намалювати цілком нову картину Всесвіту
Після того, як експеримент буде повністю функціонуючим, вчені розраховують щодня виловлювати дорогоцінне кілька нейтрино - загалом близько 5 000 за його шість років. До цього часу вони, принаймні, мають свої перші кілька книг.
«Бачити нейтрино в перших модулях детектора в штаті Міннесота - головна віха. Тепер ми можемо почати займатися фізикою ».
- Рік Тесарек, фізик Фермілаб
Докладніше про розробку та побудову експерименту NoVA нижче:
(Відеокредит: Фермілаб)
Дізнайтеся більше про цілі дослідження NOvA тут.
Джерело: Прес-реліз Фермілаба
Співпраця NOvA складається з 208 вчених з 38 установ США, Бразилії, Чехії, Греції, Індії, Росії та Великобританії. Експеримент отримує фінансування від Міністерства енергетики США, Національного наукового фонду та інших фінансових агентств.
