Los científicos resuelven los misterios de los neutrinos observándolos interactuar con detectores, específicamente, con los núcleos atómicos en el material detector. La mayor parte del tiempo un neutrino ni siquiera le da la mano a un núcleo. Pero cuando lo hace el ligero, La partícula neutra puede transformarse en una partícula cargada y sacar cosas del núcleo a medida que escapa, dejando atrás la escena del crimen. Los científicos del experimento MINERvA de Fermilab reconstruyeron la escena del crimen separando los fenómenos subyacentes para obtener una imagen clara de lo que sucedió.

Los neutrinos son partículas ligeras que rara vez interactúan con la materia. Su renuencia a interactuar hace que sea difícil estudiarlos, pero también son las mismas partículas que podrían responder preguntas de larga data sobre la creación del cosmos. Al estudiar las huellas que dejan los neutrinos, los científicos reunieron más información sobre el significado de esos rastros. Cuanta más información tengan, cuanto mejores sean sus mediciones de neutrinos, no solo en MINERvA, pero también en otros experimentos con neutrinos.

Los neutrinos suelen navegar a través de la materia sin chocar con ella. Pero de vez en cuando se da la mano con un núcleo, y, a veces, el apretón de manos da un giro destructivo:se produce un leptón cargado (un electrón o muón), mientras que los componentes del núcleo se eliminan. Un detector de partículas recoge los rastros del leptón cargado y el knock-out.

Los científicos de MINERvA estudian los rastros de las partículas resultantes para reconstruir la interacción entre los neutrinos y los núcleos. Hasta aquí, esta no ha sido una tarea fácil:los efectos nucleares han oscurecido gran parte de la evidencia de los neutrinos intrusos, dejando a los investigadores con información compleja y aparentemente irrelevante. No todos los neutrinos se portan mal, pero, Desafortunadamente, los neutrinos que nos interesan —los que tienen una energía comparable a la masa de los constituyentes de los núcleos y que posiblemente podrían informarnos sobre la creación del cosmos— tienen todos este modus operandi.

Para reconstruir la escena del crimen resultante, los científicos necesitan una comprensión completa de cómo funcionan los efectos nucleares. Tanto el leptón cargado como el knock-out retienen huellas dactilares parciales del neutrino original, y esas huellas digitales parciales se encuentran ambiguamente sobre el fondo del efecto nuclear. Los investigadores han descubierto que pueden levantar las huellas dactilares a través de una nueva técnica de CSI de neutrinos conocida como correlaciones de estado final. Los pequeños detalles de los efectos nucleares se aclaran sólo cuando se eliminan otros efectos.

Para tener una idea de la técnica de correlaciones de estado final, Demos un paso atrás y observemos los eventos que llevaron a la escena del crimen:un neutrino choca contra un núcleo. La interacción produce otras partículas. Esas nuevas partículas, leptones cargados y knock-out, vuelan en direcciones opuestas, dejando rastros de sí mismos en el detector.

Si el núcleo fuera un espectador inactivo, estos fugitivos huirían de la escena uno tras otro, quizás uno hacia el este y el otro hacia el oeste. Pero en la realidad, El movimiento hacia el este del leptón cargado no coincide con el movimiento hacia el oeste de la partícula knock-out. Estas sutiles diferencias de impulso son pistas; reflejan todo lo que sucede dentro del núcleo, como una sombra de la escena del crimen proyectada por la linterna que lleva el neutrino. Por lo tanto, los neutrinos no proyectan sombras, solo los efectos nucleares lo hacen. La técnica de correlaciones de estado final hace coincidir los efectos nucleares con las desviaciones de las partículas posteriores a la interacción de las trayectorias de momentos iguales de este a oeste.

Los investigadores utilizaron la nueva técnica. Presentaron una reconstrucción detallada de los efectos nucleares. Los fenómenos subyacentes, como el estado inicial del núcleo, mecanismo extractor adicional, y las interacciones de estado final entre el knock-out y el resto del núcleo, ahora están separadas.