In de deeltjesfysica, het verschil van een millimeter of twee kan het experiment maken of breken. In maart, het LArIAT-experiment begon met een proof-of-concept-test om er zeker van te zijn dat het geplande Deep Underground Neutrino-experiment (DUNE) goed zal werken met dat verschil van 2 millimeter.

specifiek, wetenschappers kijken naar wat er zal gebeuren als je de ruimte tussen detectiedraden in de toekomstige DUNE-detectoren vergroot.

DUNE gaat neutrino's meten, mysterieuze deeltjes die alomtegenwoordig maar ongrijpbaar zijn en antwoorden kunnen bevatten op vragen over de oorsprong van het universum.

Net als de toekomstige DUNE-detectoren, LArIAT is gevuld met vloeibaar argon. Wanneer een deeltje een argonkern in de detector raakt, de interactie creëert elektronen die door het argon zweven totdat ze worden opgevangen door een draad, die een signaal registreert. Wetenschappers meten het signaal om meer te weten te komen over de deeltjesinteractie.

In tegenstelling tot de DUNE-detectoren, LArIAT detecteert geen neutrino's. Liever, het gebruikt de interacties van andere deeltjestypes om conclusies te trekken over neutrino-interacties. En heel anders dan DUNE, LARIAT is zo groot als een minikoelkast, slechts een vlekje vergeleken met de detectoren van DUNE, die ongeveer 22 olympische zwembaden aan vloeibaar argon zal bevatten.

LArIAT-wetenschappers gebruiken een bundel geladen deeltjes van de Fermilab Test Beam Facility die in het vloeibare argon worden afgevuurd. Deze deeltjes interageren veel meer met materie dan neutrino's, dus de bundel resulteert in veel meer interacties dan een vergelijkbare bundel neutrino's, die grotendeels door het argon zouden gaan. Het hogere niveau van interacties zorgt ervoor dat LArIAT de enorme omvang van DUNE kan opgeven.

Resultaten van LArIAT kunnen natuurkundigen helpen andere vloeibare-argon-neutrino-detectoren bij het Fermilab van het DOE Office of Science, zoals MicroBooNE en SBND, beter te begrijpen.

"Het doel van het LARIAT-experiment is om te meten hoe goed we de verschillende soorten deeltjes kunnen identificeren die voortkomen uit neutrino-interacties en hoe goed we hun energie kunnen reconstrueren, " zei Jen Raaf, LARIAT-woordvoerder.

Hoewel LArIAT geen neutrino's detecteert, de interacties tussen geladen deeltjes kunnen wetenschappers aanwijzingen geven over hoe neutrino's interageren met argonkernen.

"In plaats van een neutrino naar binnen te sturen en te kijken wat er uit komt, je stuurt de andere dingen in en kijkt wat het doet, ' zei Raaf.

Interacties in LArIAT worden voornamelijk gekenmerkt door een netwerk van draden dat de driftelektronen detecteert. Een belangrijke factor die de nauwkeurigheid van drift-elektronendetectie beïnvloedt, is de afstand tussen elke draad.

"Hoe dichter je draden bij elkaar zijn, hoe beter de ruimtelijke resolutie die u krijgt, " zei Raaf. Maar hoe dichter de draden bij elkaar liggen, hoe meer draden er nodig zijn. Meer draden betekent meer elektronica om signalen van de draden te detecteren, die duur kan worden in een gigantische detector zoals DUNE.

Om de kosten laag te houden, wetenschappers onderzoeken of DUNE een voldoende hoge resolutie zal hebben in zijn metingen van neutrino-interacties met draden die 5 millimeter uit elkaar liggen - groter dan de afstand van 3 millimeter in kleinere Fermilab-neutrino-experimenten zoals MicroBooNE.

Simulaties suggereren dat het zou moeten werken, maar het is aan Raaf en haar team om te testen of een afstand van 5 millimeter het werk zal doen.

LArIAT maakt gebruik van de Fermilab Test Beam Facility, wat een belangrijk onderdeel is van de vergelijking. De teststraal van de faciliteit is afkomstig van de versnellers van het laboratorium en gaat door een reeks deeltjesdetectie-instrumenten voordat hij bij de LARIAT-detector aankomt. Wetenschappers kunnen dan de resultaten van de eerste set instrumenten vergelijken met de LArIAT-resultaten.

"Als je weet dat het echt een pion was die de detector binnenging, en dan voer je je algoritme erop uit en het zegt 'Oh nee, dat was een elektron, ' je zegt 'ik weet dat je het mis hebt!'" zei Raaf. "Dus je vergelijkt gewoon hoe vaak je het mis hebt met 5 millimeter versus 3 millimeter."

Zij en haar team zijn optimistisch, maar toegewijd om grondig te zijn.

"Het werkt in theorie, maar we willen altijd meten, " ze zei.