Neutrino's zijn even mysterieus als alomtegenwoordig. Een van de meest voorkomende deeltjes in het universum, ze passeren de meeste materie onopgemerkt. Hun massa's zijn zo klein dat tot nu toe geen enkel experiment erin is geslaagd ze te meten, terwijl ze met bijna de lichtsnelheid reizen.

Het MicroBooNE-neutrino-experiment bij het Fermilab van het Department of Energy heeft een nieuwe meting gepubliceerd die helpt een gedetailleerder portret van het neutrino te schetsen. Deze meting richt zich nauwkeuriger op een van de processen die voortkomen uit de interactie van een neutrino met een atoomkern, een met een mooie naam:quasielastische verstrooiing met geladen stroom.

Natuurkundigen hebben veel tijd besteed aan het onderzoeken van de eigenschappen van deze onzichtbare deeltjes. 1962, ontdekten ze dat neutrino's in meer dan één type voorkomen, of smaak. Tegen het einde van de eeuw, wetenschappers hadden drie smaken geïdentificeerd en ontdekten ook dat neutrino's van smaak konden veranderen via een proces dat oscillatie wordt genoemd. Dit verrassende feit vertegenwoordigt een revolutie in de natuurkunde:het eerste bekende bewijs van natuurkunde dat verder gaat dan het uiterst succesvolle standaardmodel.

Gezien de overvloed aan onbeantwoorde vragen met betrekking tot deze ongrijpbare deeltjes, neutrinofysica staat op het punt een nieuw tijdperk van zeer nauwkeurige metingen in te gaan, waar aanstaande experimenten zullen proberen de oscillatieparameters met ongekende nauwkeurigheid te extraheren. Deze experimenten zullen ultramoderne detectoren gebruiken om neutrino-interacties te meten. Om de experimenten tot een succes te maken, nauwkeurige modellering van neutrino-nucleus-interacties in hun simulaties is een must.

Vloeistof-argon tijdprojectiekamers zijn krachtige deeltjesdetectoren waarmee we neutrino-interacties in detail kunnen bestuderen, en deze metingen kunnen worden gebruikt om de validiteit van neutrino-interactiemodellen in huidige simulaties te benchmarken. Het MicroBooNE-neutrino-experiment is het eerste grootschalige operationele experiment bij Fermilab dat deze nieuwe detectortechnologie gebruikt. Het heeft de afgelopen vijf jaar al een schat aan neutrinoverstrooiingsgebeurtenissen verzameld.

Wanneer een neutrino interageert met een kern, het kan een muon (een neef van het elektron) en een proton produceren door middel van quasielastische verstrooiing met geladen stroom, of CCQE-verstrooiing. MicroBooNE gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven de eerste meting van CCQE-achtige interacties op argon voor gebeurtenissen die een enkel muon en een enkel proton produceren, maar geen geladen pionen - een ander soort subatomair deeltje dat vaak ontstaat uit neutrino-interacties met materie. Deze meting beperkt berekeningen die essentieel zijn voor toekomstige metingen en identificeert regio's waar verbetering van theoretische modellen vereist is.

Dit resultaat is van groot belang voor alle toekomstige neutrino-oscillatie-experimenten die argon-doeldetectoren zullen gebruiken, zoals experimenten van het Short-Baseline Neutrino-programma en het internationale Deep Underground Neutrino Experiment, beide gehost door Fermilab, die zullen vertrouwen op nauwkeurige modellering van neutrino-interacties op argon om hun geprojecteerde gevoeligheden te bereiken.