Durante más de tres años, Los científicos de la colaboración NOvA han estado observando partículas llamadas neutrinos a medida que oscilan de un tipo a otro en una distancia de 500 millas. Ahora, en un nuevo resultado presentado hoy en la conferencia Neutrino 2018 en Heidelberg, Alemania, la colaboración ha anunciado sus primeros resultados utilizando antineutrinos, y ha visto una fuerte evidencia de antineutrinos muónicos que oscilan en antineutrinos electrónicos a largas distancias, un fenómeno que nunca se ha observado sin ambigüedades.

Estrella nueva, con sede en el Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU., es el experimento de neutrinos de referencia más largo del mundo. Su propósito es descubrir más sobre los neutrinos, partículas fantasmales pero abundantes que viajan a través de la materia en su mayoría sin dejar rastro. El objetivo a largo plazo del experimento es buscar similitudes y diferencias en cómo los neutrinos y antineutrinos cambian de un tipo; en este caso, muon - en uno de los otros dos tipos, electrón o tau. Midiendo con precisión este cambio tanto en neutrinos como en antineutrinos, y luego compararlos, ayudará a los científicos a descubrir los secretos que guardan estas partículas sobre el funcionamiento del universo.

NOvA utiliza dos detectores de partículas grandes, uno más pequeño en Fermilab en Illinois y uno mucho más grande a 500 millas de distancia en el norte de Minnesota, para estudiar un haz de partículas generado por el complejo acelerador del Fermilab y enviado a través de la Tierra. sin necesidad de túnel.

El nuevo resultado se extrae de la primera ejecución de NOvA con antineutrinos, la contraparte de antimateria a los neutrinos. NOvA comenzó a estudiar antineutrinos en febrero de 2017. Los aceleradores de fermilab crean un haz de neutrinos muónicos (o antineutrinos muónicos), y el detector lejano de NOvA está diseñado específicamente para ver cómo esas partículas se transforman en neutrinos electrónicos (o antineutrinos electrónicos) en su viaje.

Si los antineutrinos no oscilaron de un tipo de muón a otro de electrón, los científicos habrían esperado registrar solo cinco candidatos de antineutrinos electrónicos en el detector de distancia NOvA durante esta primera ejecución. Pero cuando analizaron los datos, encontraron 18, proporcionando una fuerte evidencia de que los antineutrinos sufren esta oscilación.

"Los antineutrinos son más difíciles de producir que los neutrinos, y es menos probable que interactúen en nuestro detector, "dijo Peter Shanahan de Fermilab, co-portavoz de la colaboración NOvA. "Este primer conjunto de datos es una fracción de nuestro objetivo, pero el número de eventos de oscilación que vemos es mucho mayor de lo que esperaríamos si los antineutrinos no oscilaran de un tipo de muón a otro. Demuestra el impacto que tiene el haz de partículas de alta potencia del Fermilab en nuestra capacidad para estudiar neutrinos y antineutrinos ".

Aunque se sabe que los antineutrinos oscilan, el cambio en antineutrinos electrónicos a largas distancias aún no se ha observado definitivamente. El experimento T2K, ubicado en Japón, anunció que había observado indicios de este fenómeno en 2017. Las colaboraciones de NOvA y T2K están trabajando hacia un análisis combinado de sus datos en los próximos años.

"Con este primer resultado utilizando antineutrinos, NOvA ha pasado a la siguiente fase de su programa científico, ", dijo el Director Asociado de Física de Altas Energías en la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, Jim Siegrist." Me complace ver que este importante experimento continúa dándonos más información sobre estas fascinantes partículas ".

El nuevo resultado de antineutrinos de NOvA acompaña una mejora en sus métodos de análisis, lo que lleva a una medición más precisa de sus datos de neutrinos. De 2014 a 2017, NOvA vio 58 candidatos para interacciones de neutrinos muónicos convirtiéndose en neutrinos electrónicos, y los científicos están utilizando estos datos para acercarse a desentrañar algunos de los misterios más intrincados de estas elusivas partículas.

La clave del programa científico de NOvA es comparar la velocidad a la que aparecen los neutrinos electrónicos en el detector lejano con la velocidad a la que aparecen los antineutrinos electrónicos. Una medición precisa de esas diferencias permitirá a NOvA lograr uno de sus principales objetivos científicos:determinar cuál de los tres tipos de neutrinos es el más pesado y cuál el más ligero.

Se ha demostrado que los neutrinos tienen masa, pero los científicos no han podido medir directamente esa masa. Sin embargo, con suficientes datos, pueden determinar las masas relativas de los tres, un rompecabezas llamado pedidos masivos. NOvA está trabajando para encontrar una respuesta definitiva a esta pregunta. Los científicos del experimento continuarán estudiando los antineutrinos hasta 2019 y, durante los años siguientes, eventualmente recopilará cantidades iguales de datos de neutrinos y antineutrinos.

"Este primer conjunto de datos de antineutrinos es solo el comienzo de lo que promete ser una carrera emocionante, ", dijo la co-portavoz de NOvA, Tricia Vahle de William &Mary." Son los primeros días, pero NOvA ya nos está dando nuevos conocimientos sobre los muchos misterios de los neutrinos y antineutrinos ".