Matthew Green is een assistent-professor natuurkunde bij NC State. Hij was betrokken bij een multi-institutioneel onderzoeksproject gericht op het detecteren van een proces genaamd Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS). Het project is geslaagd, en zijn bevindingen verschijnen in Wetenschap . Matthew stemde in met een vraag en antwoord met The Abstract over het project en de resultaten ervan.

De samenvatting:wat is een neutrino? Wat kan het bestuderen van neutrino's ons vertellen over het universum?

Groen:Neutrino's zijn enkele van de elementaire elementaire deeltjes waaruit ons universum bestaat. Wat het aantal betreft, ze zijn overvloediger dan alle andere materiedeeltjes in ons universum samen. Ze hebben kleine massa's, minder dan een miljoenste van de massa van elektronen; ze zijn zo klein dat we ze tot nu toe nog niet precies hebben kunnen meten, stel er alleen bovengrenzen aan vast. In de afgelopen 20 jaar is vastgesteld dat hoewel ze klein zijn, hun massa is niet nul (in tegenstelling tot fotonen, de deeltjes waaruit licht bestaat). Waarom neutrino's zo licht zijn, is een beetje een mysterie, en zou kunnen wijzen op nieuwe fysica die zou kunnen verklaren waarom we in een universum leven met zoveel materie en zo weinig antimaterie, wanneer ons huidige begrip zegt dat materie en antimaterie al vroeg in gelijke hoeveelheden geproduceerd hadden moeten worden, en vernietigden elkaar terwijl ons universum evolueerde.

TA:Waarom zijn neutrino's zo moeilijk te detecteren?

Groen:van de vier fundamentele krachten die beschrijven hoe deeltjes met elkaar omgaan (elektromagnetisme, sterke kracht, zwakke kracht, zwaartekracht), neutrino's werken alleen samen via de toepasselijke naam zwakke kracht en de (nog zwakkere) zwaartekracht. Daarom, neutrino-interacties met materie zijn zeldzaam; triljoenen neutrino's van de zon gaan elke seconde door je lichaam, en bijna al deze zullen door jou reizen, en door de aarde, volledig onverminderd. Als je een stalen muur zou willen bouwen om jezelf te beschermen tegen de neutrino's die de zon uitstraalt, het zou meer dan een lichtjaar (~ 6 biljoen mijl) dik moeten zijn!

TA:Je was betrokken bij een project om een ​​kleinere neutrino-detector te bouwen. Hoe verschilt deze nieuwe detector van de eerder gebruikte detectoren?

Groen:Ons doel was om voor de eerste keer een proces te detecteren dat Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS) wordt genoemd, waarin een neutrino botst met een atoomkern en als de omstandigheden goed zijn (de energie van het neutrino is laag genoeg) interageert het neutrino met de hele kern in één keer in plaats van een enkel proton of neutron in de kern. Als gevolg hiervan is de dwarsdoorsnede voor deze interactie (een deeltjesfysische maatstaf voor hoe waarschijnlijk een interactie zal plaatsvinden) enorm - in ieder geval in vergelijking met neutrino's. Het probleem is dat de enige manier om de interactie te detecteren is door te zoeken naar de handtekening van de kern die door het neutrino op zijn plaats wordt geslagen. Omdat het neutrino weinig energie moet hebben, de terugspringende kern moet nog lager zijn; stel je voor dat je een pingpongbal naar een bowlingbal gooit en zoekt naar de bowlingbal om te bewegen. Als je een detector kunt bouwen die in staat is kernterugslagen met een lage energie te meten, dan kan die detector vrij klein zijn (de onze in dit werk weegt ongeveer 30 pond), maar kan nog steeds neutrino's detecteren via dit CEvNS-proces.

TA:Wat was uw betrokkenheid bij het project? Het meest memorabele aspect van het werk?

Groen:Een van de voorspellingen van het standaardmodel voor de CEvNS-interactie is hoe de dwarsdoorsnede van de ene doelkern naar de andere moet veranderen. Om die reden, we zetten een reeks verschillende detectoren in die van verschillende materialen zijn gemaakt, zodat we die voorspelling kunnen testen. Bij NC State, we stellen een set op germanium gebaseerde detectoren samen die normaal worden gebruikt om gammastraling te detecteren, die later dit jaar zal worden ingezet bij de Spallation Neutron Source (SNS) in Oak Ridge National Labs. Deze germaniumdetectoren, behalve dat het een ander doelmateriaal is, laten we het CEvNS-proces met verbeterde precisie meten.

TA:Waren er verrassende bevindingen van de detector? Welke vragen ga je in de toekomst proberen te beantwoorden?

Groen:onze meting van CEvNS was, binnen de onzekerheden van de meting, wat werd voorspeld door ons begrip van neutrino's en deeltjesfysica, dus niets erg verrassends daar. Wat voor ons het meest verrassend was, was hoe geweldig een experimentele locatie de Spallation Neutron Source voor ons was. We hebben een locatie in het SNS-doelgebouw kunnen identificeren waar we dicht bij de plaats zijn waar de neutrino's worden gemaakt, dus we krijgen veel neutrino's die door onze detectoren vliegen, maar ook waar er veel afscherming is van andere hoogenergetische deeltjes die in het doelwit zijn gecreëerd en die onze detectoren zouden overweldigen en het moeilijk zouden maken om de neutrinosignalen te zien waarnaar we op zoek zijn. We hebben een betere meting kunnen doen dan we voor mogelijk hielden, en zijn erg enthousiast over de metingen die we daar in de nabije toekomst kunnen doen.