Las estrellas masivas terminan sus vidas en explosiones llamadas supernovas de colapso del núcleo. Estas explosiones producen un gran número de partículas que interactúan débilmente llamadas neutrinos. Científicos que trabajan en el experimento de neutrinos subterráneos profundos, alojado por Fermilab, buscan realizar una medición detallada de los neutrinos de las supernovas. Este esfuerzo podría conducir a descubrimientos revolucionarios en física de partículas y astrofísica, incluida la primera observación de la transición de una supernova a una estrella de neutrones o un agujero negro.

Para detectar neutrinos de supernovas, DUNE buscará principalmente reacciones en las que un neutrino choca con un núcleo de argón y se transforma en un electrón. Detectores de partículas avanzados registrarán imágenes precisas en 3D de estas reacciones de "corriente cargada". Luego, las imágenes se compararán con los resultados de las simulaciones. Un nuevo programa de computadora llamado MARLEY, descrito en este manuscrito, genera las primeras simulaciones completas de reacciones de corriente cargada entre neutrinos de supernova y núcleos de argón.

El programa MARLEY permite a los investigadores estudiar una variedad de cuestiones científicas. Los físicos teóricos pueden usarlo para comprender mejor lo que las futuras mediciones de DUNE podrían decirnos sobre la naturaleza de los neutrinos. estrellas y el universo más amplio. Los físicos experimentales pueden usar MARLEY para practicar el análisis de "datos falsos" de una supernova simulada en preparación para la realidad. Sobre la base de técnicas de reconstrucción pioneras desarrolladas por primera vez para el experimento ArgoNeuT y publicadas en Revisión física D , la colaboración MicroBooNE llevó a cabo este tipo de simulaciones recientemente. Todas estas tareas de análisis de física se pueden realizar sin necesidad de que los usuarios de MARLEY sean expertos en física nuclear. Se han publicado varios artículos científicos que incluyen resultados calculados con MARLEY, y se esperan más en el futuro.

Una de las piezas de información más útiles que los científicos de DUNE planean medir es la energía de cada neutrino de supernova que se dispersa dentro del detector. Estos datos proporcionarán información sobre la forma en que se desarrolla una supernova y pondrán a prueba nuestra comprensión actual de las supernovas. Debido a que los neutrinos interactúan débilmente, esto no se puede hacer directamente. En lugar de, Los científicos deben medir y sumar cuidadosamente las energías de todas las partículas que son producidas por una reacción neutrino-argón:no solo el electrón saliente, pero también cualquier partícula que sea expulsada del propio núcleo. Estos pueden incluir rayos gamma, protones, neutrones ya veces grupos de neutrones y protones unidos. Una descripción completa de cada colisión de neutrinos incluye la energía y la dirección del electrón, así como detalles similares sobre las partículas nucleares expulsadas. Un nuevo artículo en Physical Review C explica cómo MARLEY proporciona el primer modelo teórico que puede predecir toda esta información para las colisiones de corrientes cargadas de neutrinos de electrones de supernova con argón.