Geladen deeltjes, zoals protonen en elektronen, kan worden gekenmerkt door de sporen van atomen die deze deeltjes ioniseren. In tegenstelling tot, neutrino's en hun antideeltje-partners ioniseren bijna nooit atomen, dus hun interacties moeten worden samengevoegd door hoe ze kernen uit elkaar halen.

Maar wanneer het uiteenvallen een neutron produceert, het kan in stilte een cruciaal stuk informatie wegdragen:een deel van de energie van de antineutrino.

Fermilab's MINERvA-samenwerking publiceerde onlangs een paper om de neutronen te kwantificeren die worden geproduceerd door antineutrino's die op een plastic doelwit interageren.

De manier waarop antineutrino's tussen hun verschillende typen veranderen, zou kunnen helpen verklaren waarom het moderne universum door materie wordt gedomineerd. Het meest veelbelovende model van hoe dit gedrag deeltjes en antideeltjes met elkaar in verband brengt, hangt af van antineutrino-energie. Echter, neutronen kunnen gaten achterlaten in de puzzel van de identiteit van een antineutrino omdat ze energie wegdragen en in verschillende hoeveelheden worden geproduceerd door neutrino's en antineutrino's. Dit MINERvA-resultaat is gericht op het verbeteren van voorspellingen van hoe neutronen huidige en toekomstige neutrino-experimenten kunnen beïnvloeden, waaronder het internationale Deep Underground Neutrino Experiment, georganiseerd door Fermilab.

In dit onderzoek, MINERvA zocht naar antineutrino-interacties die neutronen produceren. De antineutrino-interacties die MINERvA bestudeert, zien eruit als een of meer sporen van geïoniseerde atomen die allemaal terugwijzen naar een enkele kern. In tegenstelling tot geladen deeltjes, neutronen kunnen vele tientallen centimeters reizen van een antineutrino-interactie voordat ze worden gedetecteerd. Dus, de MINERvA-samenwerking karakteriseerde neutronenactiviteit als holtes van geïoniseerde atomen die ruimtelijk geïsoleerd waren van zowel sporen van geladen deeltjes als het interactiepunt.

Een antineutrino-interactie kan andere soorten neutrale deeltjes produceren, die een neutroneninteractie kan vervalsen, en geladen deeltjes, die een meting van het tellen van neutronen kunnen verwarren door zelf neutronen uit kernen te werpen. In aanvulling, wanneer deze geladen deeltjes een laag momentum hebben, ze kunnen terechtkomen in een massa ionisatie die te dicht bij het interactiepunt ligt om afzonderlijk te worden geteld, wat ook het bewijs voor neutrale deeltjes maskeert. Dus, neutronen kunnen nauwkeuriger worden geteld in antineutrino-interacties die weinig extra deeltjes produceren. MINERvA-wetenschappers gebruikten berekeningen voor behoud van momentum om interacties te vermijden die veel geladen deeltjes produceerden.

De metingen van neutronen van antineutrino's in andere experimenten hebben gewacht tot elk neutron het grootste deel van zijn energie heeft verloren voordat het kan worden geteld. Echter, neutronen uit het antineutrino-monster van MINERvA hebben genoeg energie om andere neutronen uit de kernen te slaan waarmee ze botsen. Deze kettingreactie verandert zowel de energieën van de oorspronkelijke neutronen als het aantal gedetecteerde neutronen. Dit resultaat richt zich op tekenen van neutronen binnen tientallen nanoseconden van een antineutrino-interactie.

Door de productie van neutronen te begrijpen in combinatie met MINERvA's karakterisering van antineutrino-interacties op veel kernen, toekomstige oscillatiestudies kunnen kwantificeren hoe onopgemerkte neutronen hun conclusies over de verschillen tussen neutrino's en antineutrino's kunnen beïnvloeden.