Neutrino är några av de vanligaste, nyfikna och svårfångade crittrarna i partikelfysik. Några av dem har funnits sedan Big Bang och precis som du har läst detta har biljoner av dem passerat genom din kropp (och fler är på väg.) Men trots deras allestädes närhet är neutrinoer notoriskt svåra att studera just för att de ignorera ganska mycket allt som är gjort av allt annat. Så det är inte förvånande att väga en neutrino inte är så enkelt som artigt att be en att kliva på en skala.
Tack och lov är partikelfysiker en ihärdig massa, inklusive de vid U.S. Department of Energy's Fermilab, och de ger inte upp sin senaste neutrinosafari: NuMI Off-Axis Electron Neutrino Appearance experiment, eller NOvA. (Forskare representerar neutrino med den grekiska bokstaven nu, ellerv.) Det är en väldigt liten jakt att fånga neutrinoer i farten, och den använder mycket stor utrustning för att göra jobbet. Och det har redan fångat sina första neutrinoer - redan innan installationen är fullständig.
Skapad genom att krossa protoner mot grafitmål i Fermilabs anläggning precis utanför Chicago, Illinois, och resulterande neutrinoer samlas in och skjutas ut i en stråle 500 mil nordväst till NOvA-fjärrdetektorn i Ash River, Minnesota, belägen längs den kanadensiska gränsen. De allra första strålarna avbröts i september 2013, medan Ash River-anläggningen fortfarande var under uppbyggnad.
"Att de första neutrinoerna har upptäckts redan innan NOvA-fjärrdetektorinstallationen är klar är en riktig hyllning till alla inblandade", säger fysikern Marvin Marshak, University of Minnesota fysiker, Ash River Laboratory Director. "Detta tidiga resultat antyder att NOvA-samarbetet kommer att ge viktiga bidrag till vår kunskap om dessa partiklar i en inte så avlägsen framtid."
Strålarna från Fermilab avfyras i två sekunders intervall, var och en skickar miljarder neutriner direkt mot detektorerna. Nära detektor vid Fermilab bekräftar den initiala "smaken" av neutrino i strålen, och den mycket större fjärrdetektorn avgör sedan om neutrinoerna har förändrats under deras tre millisekunders underjordiska mellanstatliga resa.
Återigen, eftersom neutrinoer inte enkelt interagerar med vanliga partiklar, kan strålarna enkelt röra sig rakt igenom marken mellan anläggningarna - trots jordens krökning. I själva verket passerar strålen, som börjar 150 fot (45 meter) under marken nära Chicago, så småningom över 10 mil djup under sin resa.
Enligt ett pressmeddelande från Fermilab kommer neutrinoer i tre typer, kallade smaker (elektron, muon eller tau), och byter mellan dem när de reser. De två detektorerna i NOvA-experimentet placeras så långt ifrån varandra för att ge neutrinoerna tid att svänga från en smak till en annan medan de reser med nästan ljusets hastighet. Även om bara en bråkdel av experimentets större detektor, kallad fjärrdetektorn, är helt byggd, fylld med scintillator och kopplad med elektronik vid denna tidpunkt, har experimentet redan använt den för att spela in signaler från sina första neutrino. "
De 50 fot (15 m) höga detektorblocken är fyllda med en flytande scintillator som är gjord av 95% mineralolja och 5% flytande kolväte som kallas pseudocumen, vilket är giftigt men "absolut nödvändigt för neutrino-detekteringsprocessen." Blandningen förstorar allt ljus som träffar det, vilket gör att neutrino-strejken lättare kan upptäckas och mätas. (Källa)
"NOvA representerar en ny generation neutrinoxperiment", säger Fermilab-direktören Nigel Lockyer. "Vi är stolta över att nå denna viktiga milstolpe på vårt sätt att lära oss mer om dessa grundläggande partiklar."
Efter att ha slutförts i sommar kommer NOvAs när- och fjärrdetektorer att väga 300 respektive 14 000 ton.
Målet med NOvA-experimentet är att framgångsrikt fånga upp och mäta massorna av olika neutrino-smaker och även bestämma om neutrino är deras egna antipartiklar (de kan vara desamma, eftersom de saknar specifik laddning.) Genom att jämföra svängningarna (dvs. smak förändringar) av muonneutrino-strålar kontra muon-antineutrino-strålar avfyrade från Fermilab, hoppas forskare att bestämma deras masshierarki - och i slutändan upptäcka varför universum för närvarande innehåller mycket mer materia än antimateria.
Läs mer: Neutrino-upptäckt kan hjälpa till att måla en helt ny bild av universum
När experimentet är fullt operativt förväntar sig forskare att fånga några värdefulla neutrinoer varje dag - totalt cirka 5 000 under dess sexårsperiod. Fram till dess har de åtminstone nu sina första få på böckerna.
”Att se neutrinoer i de första modulerna i detektorn i Minnesota är en viktig milstolpe. Nu kan vi börja göra fysik. ”
- Rick Tesarek, Fermilab-fysiker
Läs mer om utvecklingen och konstruktionen av NoVA-experimentet nedan:
(Videokredit: Fermilab)
Läs mer om NOvAs forskningsmål här.
Källa: Fermilabs pressmeddelande
NOvA-samarbetet består av 208 forskare från 38 institutioner i USA, Brasilien, Tjeckien, Grekland, Indien, Ryssland och Storbritannien. Experimentet får finansiering från U.S. Department of Energy, National Science Foundation och andra finansieringsbyråer.
