El detector MINERvA en Fermilab ayuda a los científicos a analizar las interacciones de los neutrinos con los núcleos atómicos. Crédito:Reidar Hahn
Partículas cargadas, como protones y electrones, puede caracterizarse por los rastros de átomos que estas partículas ionizan. A diferencia de, los neutrinos y sus antipartículas casi nunca ionizan átomos, por lo que sus interacciones deben reconstruirse por la forma en que rompen los núcleos.
Pero cuando la ruptura produce un neutrón, puede llevarse silenciosamente una pieza fundamental de información:parte de la energía del antineutrino.
La colaboración MINERvA de Fermilab publicó recientemente un artículo para cuantificar los neutrones producidos por los antineutrinos que interactúan en un objetivo plástico.
La forma en que los antineutrinos cambian entre sus diversos tipos podría ayudar a explicar por qué el universo moderno está dominado por la materia. El modelo más prometedor de cómo este comportamiento relaciona partículas y antipartículas depende de la energía antineutrino. Sin embargo, los neutrones pueden dejar huecos en el rompecabezas de la identidad de un antineutrino porque transportan energía y son producidos en diferentes cantidades por neutrinos y antineutrinos. Este resultado de MINERvA tiene como objetivo mejorar las predicciones de cómo los neutrones podrían afectar los experimentos de neutrinos actuales y futuros. incluido el Experimento internacional de neutrinos subterráneos profundos, alojado por Fermilab.
En este estudio, MINERvA buscó interacciones de antineutrinos que produzcan neutrones. Las interacciones de antineutrinos que estudia MINERvA parecen uno o más rastros de átomos ionizados, todos apuntando hacia un solo núcleo. A diferencia de las partículas cargadas, los neutrones pueden viajar muchas decenas de centímetros a partir de una interacción antineutrino antes de ser detectados. Entonces, La colaboración MINERvA caracterizó la actividad de neutrones como bolsas de átomos ionizados espacialmente aislados tanto de las pistas de partículas cargadas como del punto de interacción.
Este gráfico ilustra una interacción de neutrinos en el detector MINERvA. La caja rectangular resalta el lugar donde interactuó un neutrino dentro del detector. El cuadro cuadrado justo encima de él resalta la aparición de un neutrón resultante de la interacción de neutrinos. Crédito:MINERvA
Una interacción antineutrino puede producir otros tipos de partículas neutras, que puede simular una interacción de neutrones, y partículas cargadas, lo que puede confundir una medición de recuento de neutrones por sí mismos expulsando neutrones de los núcleos. Además, cuando estas partículas cargadas tienen un impulso bajo, pueden terminar en una masa de ionización demasiado cerca del punto de interacción para contarse por separado, lo que también enmascara la evidencia de partículas neutras. Entonces, los neutrones se pueden contar con mayor precisión en interacciones antineutrinos que producen pocas partículas adicionales. Los científicos de MINERvA utilizaron cálculos de conservación de la cantidad de movimiento para evitar interacciones que produjeran muchas partículas cargadas.
Las mediciones de otros experimentos de neutrones de antineutrinos han esperado a que cada neutrón perdiera la mayor parte de su energía antes de poder contarlo. Sin embargo, Los neutrones de la muestra de antineutrinos de MINERvA tienen suficiente energía para expulsar a otros neutrones de los núcleos con los que chocan. Esta reacción en cadena cambia tanto las energías de los neutrones originales como el número de neutrones detectados. Este resultado se centra en los signos de neutrones dentro de decenas de nanosegundos de una interacción antineutrino.
Al comprender la producción de neutrones junto con la caracterización de MINERvA de las interacciones de antineutrinos en muchos núcleos, Los estudios futuros de oscilación pueden cuantificar cómo los neutrones no detectados podrían afectar sus conclusiones sobre las diferencias entre neutrinos y antineutrinos.
