De MINERvA-samenwerking analyseerde gegevens van de interacties van een antineutrino - de antimateriepartner van een neutrino - met een kern. Ze waren verrast om bewijs te vinden dat antineutrino's interageerden met paren deeltjes in de kern. Ze hadden verwacht dat antineutrino's zouden interageren met slechts enkele protonen of neutronen. Om dit bewijs te zien, het team vergeleek hun antineutrino-gegevens met een model van deze interacties. Het model was gebaseerd op een eerdere analyse van neutrino-interacties bij MINERvA die twee jaar geleden werd gepubliceerd.

Wetenschappers gebruiken neutrino-metingen om te bepalen waarom ons universum is gemaakt van materie in plaats van antimaterie - dat wil zeggen, waarom materie in het begin van ons universum de antimaterie overtrof. Het antwoord heeft betrekking op een fenomeen dat bekend staat als CP-schending. Neutrino's - alomtegenwoordig, moeilijk te vangen deeltjes - zou het antwoord kunnen bevatten. Zoekopdrachten naar CP-schending zijn afhankelijk van het vergelijken van neutrino- en antineutrino-monsters en het zoeken naar kleine verschillen. Groot, onbekende verschillen tussen neutrino- en antineutrino-reactiesnelheden in een detector (die alleen uit materie bestaat) zouden de aan- of afwezigheid van CP-signaturen verbergen. De nieuwe analyse van MINERvA onthult veel over hoe goed modellen het doen en waar ze tekortschieten. Het team convergeert naar betere modellen die zowel neutrino- als antineutrino-gegevens beschrijven.

Het is geen geheim dat neutrino's van smaak veranderen, of oscilleren, als ze van de ene plaats naar de andere reizen. Het bedrag dat ze veranderen, hangt af van hoeveel tijd ze hebben om te veranderen. Deze tijd is direct gerelateerd aan de afstand die het neutrino heeft afgelegd en de energie van het neutrino zelf. Het meten van de afstand is eenvoudig. Het moeilijkste is het meten van de neutrino-energie.

Experimenten doen dit door de energieën van deeltjes te meten die door het neutrino worden geproduceerd wanneer het in de detectoren interageert. Maar wat gebeurt er als een van de geproduceerde deeltjes, bijvoorbeeld, een neutron, nauwelijks energie in de detector achterlaat?

Oscillatie-experimenten moeten voorspellen hoeveel energie verloren gaat en vervolgens corrigeren voor dat verlies. Deze voorspellingen zijn afhankelijk van nauwkeurige modellen van hoe neutrino's op elkaar inwerken. Die modellen moeten niet alleen kloppen voor neutrino's, maar ook voor antineutrino's, die bijzonder goed zijn in het maken van neutronen.

De MINERvA-samenwerking analyseerde gegevens van interacties van antineutrino's die positief geladen muonen produceerden. Wetenschappers keken naar zowel het momentum als de energie die bij die interacties naar de kern werd overgebracht. Door te focussen op het kinematische gebied waar alleen een neutron moet worden uitgeschakeld, ze keken naar de worstcasesituatie:de meeste energie gaat verloren. Op deze manier, wetenschappers hebben direct de effecten gemeten van een onvolmaakt model voor ontbrekende energie.

Om te begrijpen waarom deze nieuwe analyse van antineutrino-interacties opwindend is, we moeten terugkijken op een meting van twee jaar geleden. Die tijd, MINERvA heeft neutrino-interacties gemeten die negatief geladen muonen produceren - interacties die eerder een proton dan een neutron produceren. De energie van een proton is veel gemakkelijker te meten dan die van een neutron in een detector zoals MINERvA. Voor neutrino-interacties op een proton-neutronenpaar (in plaats van op slechts één van die twee deeltjes), wetenschappers observeerden een veel groter aantal gebeurtenissen dan de state-of-the-art modellen voorspelden. Liefhebbers van neutrino-doorsneden zijn nooit verbaasd als modellen geen gegevens beschrijven. Dus hier is de verrassing:toen ze de neutrino-resultaten gebruikten om het antineutrino-model te veranderen om de hierboven beschreven antineutrino-gegevens te voorspellen, het werkte.