Wetenschappers lossen neutrino-mysteries op door te kijken hoe ze interageren met detectoren, met name met de atoomkernen in het detectormateriaal. Meestal, een neutrino schudt zelfs geen hand met een kern. Maar wanneer het gebeurt, de lichtgewicht, neutraal deeltje kan transformeren in een geladen deeltje en dingen uit de kern slaan als het ontsnapt - en een plaats delict achterlaten. Wetenschappers van het MINERvA-experiment van Fermilab reconstrueerden de plaats delict door onderliggende fenomenen te scheiden om een ​​duidelijk beeld te krijgen van wat er gebeurde.

Neutrino's zijn lichtgewicht deeltjes die zelden interageren met materie. Hun onwil om te communiceren maakt het moeilijk voor hen om te studeren, maar het zijn ook de deeltjes die al lang bestaande vragen over de schepping van de kosmos kunnen beantwoorden. Door de sporen te bestuderen die neutrino's achterlaten, wetenschappers verzamelden meer informatie over de betekenis van die sporen. Hoe meer informatie ze hebben, hoe beter hun neutrinometingen - niet alleen bij MINERvA, maar ook bij andere neutrino-experimenten.

Neutrino's varen meestal door materie zonder er tegenaan te botsen. Maar af en toe, het schudt handen met een kern, en soms neemt de handdruk een destructieve wending:er wordt een geladen lepton (een elektron of muon) geproduceerd, terwijl de bestanddelen van de kern worden uitgeschakeld. Een deeltjesdetector verzamelt de sporen van het geladen lepton en de knock-out.

Wetenschappers van MINERvA bestuderen de sporen van de resulterende deeltjes om de interactie tussen de neutrino's en de kernen te reconstrueren. Tot dusver, dit was geen gemakkelijke taak:nucleaire effecten hebben veel van het bewijs van de binnendringende neutrino's verdoezeld, onderzoekers met complexe en schijnbaar irrelevante informatie achterlaten. Niet alle neutrino's gedragen zich maar, helaas, de neutrino's waar we om geven - die met een energie die vergelijkbaar is met de massa van de bestanddelen van de kernen en die ons mogelijk iets kunnen vertellen over de schepping van de kosmos - hebben allemaal deze modus operandi.

Om de resulterende plaats delict te reconstrueren, wetenschappers hebben een volledig begrip nodig van hoe de nucleaire effecten werken. Zowel het geladen lepton als de knock-out behouden gedeeltelijke vingerafdrukken van het originele neutrino, en die gedeeltelijke vingerafdrukken liggen dubbelzinnig bovenop de achtergrond van het nucleaire effect. Onderzoekers hebben ontdekt dat ze de vingerafdrukken kunnen opheffen via een nieuwe neutrino-CSI-techniek die bekend staat als correlaties in de eindtoestand. De fijne details van de nucleaire effecten worden pas duidelijk wanneer andere effecten worden verwijderd.

Om een ​​idee te krijgen van de techniek van correlaties in de eindtoestand, laten we een stap terug doen en kijken naar de gebeurtenissen die leidden tot de plaats delict:een neutrino botst tegen een kern. De interactie produceert andere deeltjes. Die nieuwe deeltjes - geladen lepton en knock-out - vliegen in tegengestelde richtingen weg, sporen van zichzelf achterlaten in de detector.

Als de kern een ijdele toeschouwer was, deze ontsnappingen zouden de scène rug aan rug ontvluchten, misschien gaat de ene naar het oosten en de andere naar het westen. Maar in werkelijkheid, de oostwaartse beweging van het geladen lepton komt niet overeen met de westwaartse beweging van het knock-outdeeltje. Deze subtiele verschillen in momentum zijn aanwijzingen; ze weerspiegelen alles wat er in de kern gebeurt, als een schaduw van de plaats delict geworpen door de zaklamp gedragen door de neutrino. Dus, neutrino's werpen geen schaduwen - alleen nucleaire effecten doen dat. De techniek van correlaties in de eindtoestand komt overeen met de nucleaire effecten met het vertrek van de deeltjes na de interactie van de paden van gelijke oost-westmomenta.

Onderzoekers gebruikten de nieuwe techniek. Ze maakten een gedetailleerde reconstructie van de nucleaire effecten. De onderliggende verschijnselen, zoals de begintoestand van de kern, extra uitschakelmechanisme, en de interacties in de eindtoestand tussen de knock-out en de rest van de kern - zijn nu gescheiden.