Matthew Green es profesor asistente de física en NC State. Participó en un proyecto de investigación multiinstitucional destinado a detectar un proceso denominado Dispersión nuclear de neutrinos elásticos coherentes (CEvNS). El proyecto fue un éxito, y sus hallazgos aparecen en Ciencias . Matthew aceptó una sesión de preguntas y respuestas con The Abstract sobre el proyecto y sus resultados.

Resumen:¿Qué es un neutrino? ¿Qué nos puede decir el estudio de los neutrinos sobre el universo?

Verde:los neutrinos son algunas de las partículas elementales básicas que componen nuestro universo. En términos de número, son más abundantes que todas las demás partículas de materia de nuestro universo combinadas. Tienen pequeñas masas diminutas, menos de una millonésima parte de la masa de electrones; son tan pequeños que, hasta el momento, todavía no hemos podido medirlos con exactitud, solo establezca límites superiores en ellos. En los últimos 20 años se ha establecido que, aunque son pequeños, sus masas no son cero (a diferencia de los fotones, las partículas que componen la luz). Por qué los neutrinos son tan ligeros es un misterio, y puede apuntar a una nueva física que podría explicar por qué vivimos en un universo que tiene tanta materia y tan poca antimateria, cuando nuestro conocimiento actual dice que la materia y la antimateria deberían haberse producido en cantidades iguales desde el principio, y se aniquilaron unos a otros a medida que nuestro universo evolucionaba.

TA:¿Por qué los neutrinos son tan difíciles de detectar?

Verde:de las cuatro fuerzas fundamentales que describen cómo las partículas interactúan entre sí (electromagnetismo, fuerza potente, fuerza débil, gravedad), los neutrinos solo interactúan a través de la fuerza débil apropiadamente nombrada y la fuerza gravitacional (aún más débil). Debido a esto, las interacciones de los neutrinos con la materia son raras; trillones de neutrinos del sol pasan a través de su cuerpo cada segundo, y casi todos ellos viajarán a través de ti, y por la tierra, completamente sin cesar. Si quisieras construir una pared de acero para protegerte de los neutrinos que emite el sol, ¡tendría que tener más de un año luz (~ 6 billones de millas) de espesor!

TA:Estuviste involucrado en un proyecto para construir un detector de neutrinos más pequeño. ¿En qué se diferencia este nuevo detector de los usados ​​anteriormente?

Verde:Nuestro objetivo era detectar por primera vez un proceso llamado Dispersión nuclear de neutrinos elásticos coherentes (CEvNS), en el que un neutrino choca con un núcleo atómico y si las condiciones son las adecuadas (la energía del neutrino es lo suficientemente baja) el neutrino interactúa con todo el núcleo a la vez en lugar de un solo protón o neutrón en el núcleo. Como resultado, la sección transversal de esta interacción (una medida de la física de partículas de la probabilidad de que ocurra una interacción) es enorme, en relación con los neutrinos de todos modos. El problema es que la única forma de detectar la interacción es buscando la firma del núcleo que se sale de su lugar por el neutrino. Dado que el neutrino tiene que tener poca energía, el núcleo de retroceso tiene que ser aún más bajo; Imagine lanzar una pelota de ping-pong a una bola de boliche y buscar que se mueva. Si puede construir un detector que sea capaz de medir retrocesos nucleares de energía suficientemente baja, entonces ese detector puede ser bastante pequeño (el nuestro en este trabajo pesa alrededor de 30 libras) pero aún puede detectar neutrinos a través de este proceso CEvNS.

TA:¿Cuál fue su participación en el proyecto? ¿El aspecto más memorable del trabajo?

Verde:una de las predicciones que hace el modelo estándar para la interacción CEvNS es cómo debería cambiar la sección transversal de un núcleo objetivo al siguiente. Por esta razón, estamos implementando un conjunto de diferentes detectores hechos de diferentes materiales para que podamos probar esa predicción. En el estado de Carolina del Norte, estamos montando un conjunto de detectores basados ​​en germanio que normalmente se utilizan para detectar la radiación de rayos gamma, que se desplegará en la fuente de neutrones de espalación (SNS) ubicada en Oak Ridge National Labs a finales de este año. Estos detectores de germanio, además de ser un material objetivo diferente, nos permitirá medir el proceso CEvNS con mayor precisión.

TA:¿Hubo algún hallazgo sorprendente del detector? ¿Qué preguntas intentará responder en el futuro?

Verde:nuestra medida de CEvNS fue, dentro de las incertidumbres de la medición, lo que fue predicho por nuestra comprensión de los neutrinos y la física de partículas, así que no hay nada terriblemente sorprendente allí. Lo que más nos sorprendió fue lo excelente que fue para nosotros la ubicación experimental de la fuente de neutrones de espalación. Pudimos identificar una ubicación en el edificio objetivo del SNS donde estamos cerca de donde se crean los neutrinos, por lo que tenemos muchos neutrinos volando a través de nuestros detectores, pero también donde hay mucho blindaje de otras partículas de alta energía creadas en el objetivo que abrumarían a nuestros detectores y dificultarían ver las señales de neutrinos que estamos buscando. Pudimos hacer una mejor medición de la que creíamos posible, y estamos muy emocionados por las mediciones que podremos hacer allí en un futuro próximo.