En física de partículas, la diferencia de un milímetro o dos puede hacer o deshacer el experimento. En marzo, el experimento LArIAT inició una prueba de concepto para asegurarse de que el Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos (DUNE) planeado funcionará bien con esa diferencia de 2 milímetros.

Específicamente, Los científicos están analizando lo que sucederá cuando aumente el espacio entre los cables de detección dentro de los futuros detectores DUNE.

DUNE medirá neutrinos, partículas misteriosas que son omnipresentes pero escurridizas y pueden contener respuestas a preguntas sobre los orígenes del universo.

Como los futuros detectores DUNE, LArIAT está lleno de argón líquido. Cuando una partícula golpea un núcleo de argón dentro del detector, la interacción crea electrones que flotan a través del argón hasta que son capturados por un cable, que registra una señal. Los científicos miden la señal para aprender sobre la interacción de las partículas.

A diferencia de los detectores DUNE, LArIAT no detecta neutrinos. Bastante, utiliza las interacciones de otros tipos de partículas para hacer inferencias sobre las interacciones de los neutrinos. Y muy a diferencia de DUNE, LArIAT es del tamaño de una mini nevera, una mera mota en comparación con los detectores de DUNE, que contendrá aproximadamente 22 piscinas de tamaño olímpico de argón líquido.

Los científicos de LArIAT utilizan un haz de partículas cargadas proporcionadas por Fermilab Test Beam Facility que se disparan al argón líquido. Estas partículas interactúan con la materia mucho más que los neutrinos, por lo que el rayo da como resultado muchas más interacciones que un rayo similar de neutrinos, que pasaría principalmente a través del argón. El mayor nivel de interacciones es lo que permite a LArIAT renunciar al enorme tamaño de DUNE.

Los resultados de LArIAT pueden ayudar a los físicos a comprender mejor otros detectores de neutrinos de argón líquido en el Fermilab de la Oficina de Ciencias del DOE, como MicroBooNE y SBND.

"El objetivo del experimento LArIAT es medir qué tan bien podemos identificar los diversos tipos de partículas que salen de las interacciones de neutrinos y qué tan bien podemos reconstruir su energía, "dijo Jen Raaf, Portavoz de LArIAT.

Aunque LArIAT no detecta neutrinos, las interacciones de partículas cargadas pueden dar a los científicos pistas sobre cómo interactúan los neutrinos con los núcleos de argón.

"En lugar de enviar un neutrino y mirar qué cosas salen, envías las otras cosas y ves lo que hace, "Dijo Raaf.

Las interacciones en LArIAT se caracterizan principalmente por una malla de cables que detecta los electrones de deriva. Un factor clave que afecta la precisión de la detección de electrones de deriva es el espacio entre cada cable.

"Cuanto más cerca estén tus cables, la mejor resolución espacial que obtenga, ", Dijo Raaf. Pero cuanto más cerca estén los cables, cuantos más cables se necesiten. Más cables significa más componentes electrónicos para detectar señales de los cables, lo que puede resultar caro en un detector gigante como DUNE.

Para mantener bajos los costos, Los científicos están investigando si DUNE tendrá una resolución suficientemente alta en sus mediciones de interacciones de neutrinos con cables espaciados a 5 milímetros de distancia, más grande que el espaciado de 3 milímetros en experimentos de neutrinos de Fermilab más pequeños como MicroBooNE.

Las simulaciones sugieren que debería funcionar, pero depende de Raaf y su equipo probar si el espacio de 5 milímetros funcionará o no.

LArIAT utiliza el Fermilab Test Beam Facility, que es una parte importante de la ecuación. El haz de prueba de la instalación se origina en los aceleradores del laboratorio y pasa a través de un conjunto de instrumentos de detección de partículas antes de llegar al detector LArIAT. Luego, los científicos pueden comparar los resultados del primer conjunto de instrumentos con los resultados de LArIAT.

"Si sabes que fue realmente un pion entrando al detector, y luego ejecuta su algoritmo en él y dice 'Oh no, eso era un electrón, 'dices' ¡Sé que estás equivocado! '", dijo Raaf." Así que simplemente compara la frecuencia con la que te equivocas con 5 milímetros versus 3 milímetros ".

Ella y su equipo son optimistas, pero comprometido a ser minucioso.

"Funciona en teoría, pero siempre nos gusta medir, " ella dijo.