La colaboración de MINERvA analizó datos de las interacciones de un antineutrino, el socio de antimateria de un neutrino, con un núcleo. Se sorprendieron al encontrar evidencia de que los antineutrinos interactuaban con pares de partículas dentro del núcleo. Habían esperado que los antineutrinos interactuaran con solo protones o neutrones individuales. Para ver esta evidencia, el equipo comparó sus datos de antineutrinos con un modelo de estas interacciones. El modelo se basó en un análisis previo de interacciones de neutrinos en MINERvA publicado hace dos años.

Los científicos están utilizando mediciones de neutrinos para determinar por qué nuestro universo está hecho de materia en lugar de antimateria, es decir, por qué la materia superó a la antimateria en el comienzo de nuestro universo. La respuesta se relaciona con un fenómeno conocido como violación de CP. Neutrinos:omnipresente, partículas difíciles de atrapar, podría contener la respuesta. Las búsquedas de violación de CP dependen de comparar muestras de neutrinos y antineutrinos y buscar pequeñas diferencias. Grande, Las diferencias desconocidas entre las velocidades de reacción de neutrinos y antineutrinos en un detector (que está hecho solo de materia) ocultarían la presencia o ausencia de firmas de CP. El nuevo análisis de MINERvA revela mucho sobre qué tan bien funcionan los modelos y dónde se quedan cortos. El equipo está convergiendo en mejores modelos que describen datos de neutrinos y antineutrinos.

No es ningún secreto que los neutrinos cambian de sabor, u oscilar, mientras viajan de un lugar a otro. La cantidad que cambian depende de cuánto tiempo tengan para cambiar. Este tiempo está directamente relacionado con la distancia que viajó el neutrino y la energía del propio neutrino. Medir la distancia es fácil. La parte difícil es medir la energía de los neutrinos.

Los experimentos hacen esto midiendo las energías de las partículas que produce el neutrino cuando interactúa en los detectores. Pero, ¿qué pasa si una de las partículas producidas, por ejemplo, un neutrón, deja apenas algo de su energía en el detector?

Los experimentos de oscilación tienen que predecir cuánta energía se pierde y luego corregir esa pérdida. Estas predicciones dependen de modelos precisos de cómo interactúan los neutrinos. Esos modelos tienen que ser adecuados no solo para los neutrinos sino también para los antineutrinos, que son particularmente buenos para hacer neutrones.

La colaboración MINERvA analizó datos de interacciones de antineutrinos que produjeron muones cargados positivamente. Los científicos observaron tanto el impulso como la energía que se transfirió al núcleo en esas interacciones. Al centrarse en la región cinemática donde solo se debe eliminar un neutrón, analizaron la situación del peor de los casos:la mayor parte de la energía se pierde. De este modo, los científicos midieron directamente los efectos de un modelo imperfecto de energía faltante.

Para apreciar por qué este nuevo análisis de las interacciones antineutrino es emocionante, necesitamos mirar hacia atrás en una medición de hace dos años. Ese momento, MINERvA midió las interacciones de neutrinos que producen muones cargados negativamente, interacciones que tienen más probabilidades de producir un protón que un neutrón. La energía de un protón es mucho más fácil de medir que la de un neutrón en un detector como MINERvA. Para las interacciones de neutrinos en un par protón-neutrón (en lugar de solo en una de esas dos partículas), Los científicos observaron un número mucho mayor de eventos de lo que predijeron los modelos más avanzados. Los entusiastas de la sección transversal de neutrinos nunca se sorprenden cuando los modelos no describen datos. Así que aquí está la sorpresa:cuando utilizaron los resultados de los neutrinos para cambiar el modelo de antineutrinos para predecir los datos de antineutrinos descritos anteriormente, funcionó.