Al meer dan drie jaar, wetenschappers van de NOvA-samenwerking hebben deeltjes waargenomen die neutrino's worden genoemd terwijl ze over een afstand van 500 mijl van het ene type naar het andere oscilleren. Nutsvoorzieningen, in een nieuw resultaat dat vandaag werd onthuld op de Neutrino 2018-conferentie in Heidelberg, Duitsland, de samenwerking heeft zijn eerste resultaten aangekondigd met behulp van antineutrino's, en heeft sterke aanwijzingen gezien dat muon-antineutrino's over lange afstanden in elektronen-antineutrino's oscilleren, een fenomeen dat nooit eenduidig ​​is waargenomen.

NOvA, gevestigd in het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, is 's werelds langste basislijn neutrino-experiment. Het doel is om meer te ontdekken over neutrino's, spookachtige maar overvloedige deeltjes die meestal door de materie reizen zonder een spoor achter te laten. Het langetermijndoel van het experiment is om te zoeken naar overeenkomsten en verschillen in hoe neutrino's en antineutrino's van één type veranderen - in dit geval muon - in een van de andere twee typen, elektron of tau. Door deze verandering in zowel neutrino's als antineutrino's nauwkeurig te meten, en dan vergelijken, zal wetenschappers helpen de geheimen te ontrafelen die deze deeltjes bevatten over hoe het universum werkt.

NOvA gebruikt twee grote deeltjesdetectoren - een kleinere bij Fermilab in Illinois en een veel grotere 500 mijl verderop in het noorden van Minnesota - om een ​​bundel deeltjes te bestuderen die wordt gegenereerd door het versnellercomplex van Fermilab en door de aarde wordt gestuurd. zonder dat er een tunnel nodig is.

Het nieuwe resultaat is ontleend aan NOvA's eerste run met antineutrino's, de antimaterie-tegenhanger van neutrino's. NOvA begon in februari 2017 met het bestuderen van antineutrino's. De versnellers van Fermilab creëren een bundel muon-neutrino's (of muon-antineutrino's), en NOvA's verre detector is speciaal ontworpen om die deeltjes tijdens hun reis te zien veranderen in elektronenneutrino's (of elektronen-antineutrino's).

Als antineutrino's niet van muontype naar elektronentype oscilleerden, wetenschappers hadden verwacht dat ze tijdens deze eerste run slechts vijf elektronen-antineutrino-kandidaten in de NOvA-verre detector zouden opnemen. Maar toen ze de gegevens analyseerden, ze vonden 18, sterk bewijs leveren dat antineutrino's deze oscillatie ondergaan.

"Antineutrino's zijn moeilijker te maken dan neutrino's, en ze hebben minder kans op interactie in onze detector, " zei Peter Shanahan van Fermilab, medewoordvoerder van het NOvA-samenwerkingsverband. "Deze eerste dataset is een fractie van ons doel, maar het aantal oscillatiegebeurtenissen dat we zien is veel groter dan we zouden verwachten als antineutrino's niet van het muontype naar het elektron zouden oscilleren. Het toont de impact aan die de krachtige deeltjesbundel van Fermilab heeft op ons vermogen om neutrino's en antineutrino's te bestuderen."

Hoewel bekend is dat antineutrino's oscilleren, de verandering in elektronen-antineutrino's over lange afstanden is nog niet definitief waargenomen. Het T2K-experiment, gevestigd in Japan, kondigde aan in 2017 hints van dit fenomeen te hebben waargenomen. De samenwerkingen NOvA en T2K werken de komende jaren toe naar een gecombineerde analyse van hun data.

"Met dit eerste resultaat met behulp van antineutrino's, NOvA is in de volgende fase van haar wetenschappelijke programma, " zei Associate Director voor High Energy Physics bij het Department of Energy Office of Science Jim Siegrist. "Ik ben verheugd te zien dat dit belangrijke experiment ons meer blijft vertellen over deze fascinerende deeltjes."

NOvA's nieuwe antineutrino-resultaat gaat gepaard met een verbetering van haar analysemethoden, wat leidt tot een nauwkeurigere meting van zijn neutrinogegevens. Van 2014 tot 2017, NOvA zag 58 kandidaten voor interacties van muon-neutrino's veranderen in elektronenneutrino's, en wetenschappers gebruiken deze gegevens om dichter bij het ontrafelen van enkele van de meest ingewikkelde mysteries van deze ongrijpbare deeltjes te komen.

De sleutel tot het wetenschappelijke programma van NOvA is het vergelijken van de snelheid waarmee elektronenneutrino's in de verre detector verschijnen met de snelheid waarmee elektronen-antineutrino's verschijnen. Door die verschillen nauwkeurig te meten, kan de NOvA een van haar belangrijkste wetenschappelijke doelen bereiken:bepalen welke van de drie soorten neutrino's het zwaarst is en welke het lichtst.

Van neutrino's is aangetoond dat ze massa hebben, maar wetenschappers hebben die massa niet direct kunnen meten. Echter, met voldoende gegevens, ze kunnen de relatieve massa van de drie bepalen, een puzzel die de massaordening wordt genoemd. De NOvA werkt aan een definitief antwoord op deze vraag. Wetenschappers van het experiment zullen tot 2019 antineutrino's blijven bestuderen en, de komende jaren, zal uiteindelijk gelijke hoeveelheden gegevens van neutrino's en antineutrino's verzamelen.

"Deze eerste dataset van antineutrino's is nog maar het begin van wat een spannende run belooft te worden, ", zegt NOvA-medewoordvoerder Tricia Vahle van William &Mary. "Het is nog vroeg, maar NOvA geeft ons nu al nieuwe inzichten in de vele mysteries van neutrino's en antineutrino's."