Neutrinos sind einige der am häufigsten vorkommenden, neugierigsten und schwer fassbaren Tiere in der Teilchenphysik. Einige von ihnen gibt es seit dem Urknall, und genau wie Sie dies gelesen haben, sind Billionen von ihnen durch Ihren Körper gegangen (und weitere sind unterwegs). Trotz ihrer Allgegenwart sind Neutrinos bekanntermaßen schwer zu studieren, gerade weil sie ignoriere so ziemlich alles, was aus irgendetwas anderem gemacht ist. Es ist daher nicht verwunderlich, dass das Wiegen eines Neutrinos nicht so einfach ist, als höflich zu bitten, auf eine Waage zu treten.
Zum Glück sind Teilchenphysiker eine hartnäckige Gruppe, einschließlich derjenigen im Fermilab des US-Energieministeriums, und sie geben ihre neueste Neutrino-Safari nicht auf: das NuMI-Experiment zur Darstellung der Elektronenneutrino außerhalb der Achse oder NOvA. (Wissenschaftler repräsentieren Neutrinos mit dem griechischen Buchstaben nu oderv.) Es ist eine sehr Kleinwildjagd, Neutrinos im laufenden Betrieb zu fangen, und es werden einige sehr große Geräte verwendet, um die Arbeit zu erledigen. Und es hat bereits seine ersten Neutrinos eingefangen - noch bevor das Setup vollständig abgeschlossen ist.
Die resultierenden Neutrinos werden durch Zerschlagen von Protonen gegen Graphitziele in der Fermilab-Anlage außerhalb von Chicago, Illinois, gesammelt und in einem Strahl 500 Meilen nordwestlich zum NOvA-Ferndetektor in Ash River, Minnesota, entlang der kanadischen Grenze abgeschossen. Die ersten Strahlen wurden im September 2013 abgefeuert, während sich die Anlage am Ash River noch im Bau befand.
"Dass die ersten Neutrinos bereits vor Abschluss der Installation des NOvA-Ferndetektors entdeckt wurden, ist eine echte Hommage an alle Beteiligten", sagte Marvin Marshak, Physiker an der Universität von Minnesota, Direktor des Ash River Laboratory. "Dieses frühe Ergebnis deutet darauf hin, dass die NOvA-Zusammenarbeit in nicht allzu ferner Zukunft wichtige Beiträge zu unserem Wissen über diese Partikel leisten wird."
Die Strahlen von Fermilab werden in Intervallen von zwei Sekunden abgefeuert, wobei jeweils Milliarden von Neutrinos direkt zu den Detektoren gesendet werden. Der Nahdetektor bei Fermilab bestätigt den anfänglichen „Geschmack“ der Neutrinos im Strahl, und der viel größere Ferndetektor bestimmt dann, ob sich die Neutrinos während ihrer drei Millisekunden langen unterirdischen zwischenstaatlichen Fahrt verändert haben.
Da Neutrinos nicht leicht mit gewöhnlichen Partikeln interagieren, können sich die Strahlen trotz der Erdkrümmung leicht direkt zwischen den Einrichtungen durch den Boden bewegen. Tatsächlich geht der Strahl, der in der Nähe von Chicago 45 Meter unter der Erde beginnt, während seiner Fahrt schließlich über 10 km tief.
Laut einer Pressemitteilung von Fermilab gibt es drei Arten von Neutrinos, die als Aromen (Elektron, Myon oder Tau) bezeichnet werden und sich auf ihrer Reise zwischen ihnen ändern. Die beiden Detektoren des NOvA-Experiments sind so weit voneinander entfernt, dass die Neutrinos die Zeit haben, von einem Geschmack zum anderen zu schwingen, während sie sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Obwohl nur ein Bruchteil des größeren Detektors des Experiments, der als Ferndetektor bezeichnet wird, vollständig gebaut, mit Szintillator gefüllt und zu diesem Zeitpunkt mit Elektronik verdrahtet ist, hat das Experiment ihn bereits zur Aufzeichnung von Signalen seiner ersten Neutrinos verwendet. “
Die 15 m hohen Detektorblöcke sind mit einem flüssigen Szintillator gefüllt, der aus 95% Mineralöl und 5% flüssigem Kohlenwasserstoff namens Pseudocumol besteht. Dieser ist giftig, aber „für den Neutrino-Nachweisprozess unerlässlich“. Die Mischung vergrößert jedes Licht, das darauf trifft, so dass die Neutrinoschläge leichter erfasst und gemessen werden können. (Quelle)
"NOvA repräsentiert eine neue Generation von Neutrinoexperimenten", sagte Fermilab-Direktor Nigel Lockyer. "Wir sind stolz darauf, diesen wichtigen Meilenstein auf unserem Weg zu mehr über diese grundlegenden Partikel zu erreichen."
Nach der Fertigstellung in diesem Sommer werden die Nah- und Ferndetektoren von NOvA 300 bzw. 14.000 Tonnen wiegen.
Das Ziel des NOvA-Experiments ist es, die Massen der verschiedenen Neutrino-Aromen erfolgreich zu erfassen und zu messen und auch zu bestimmen, ob Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind (sie könnten gleich sein, da ihnen eine spezifische Ladung fehlt). Durch Vergleichen der Schwingungen (dh des Aromas) Die Wissenschaftler hoffen, ihre Massenhierarchie bestimmen zu können - und schließlich herauszufinden, warum das Universum derzeit viel mehr Materie als Antimaterie enthält.
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Sobald das Experiment voll funktionsfähig ist, erwarten Wissenschaftler, dass sie jeden Tag ein paar kostbare Neutrinos fangen - insgesamt etwa 5.000 im Laufe seines sechsjährigen Laufs. Bis dahin haben sie zumindest jetzt ihre ersten paar in den Büchern.
„Neutrinos in den ersten Modulen des Detektors in Minnesota zu sehen, ist ein wichtiger Meilenstein. Jetzt können wir anfangen, Physik zu machen. “
- Rick Tesarek, Fermilab-Physiker
Erfahren Sie unten mehr über die Entwicklung und den Aufbau des NoVA-Experiments:
(Videokredit: Fermilab)
Erfahren Sie hier mehr über die NOvA-Forschungsziele.
Quelle: Pressemitteilung von Fermilab
Die NOvA-Zusammenarbeit besteht aus 208 Wissenschaftlern aus 38 Institutionen in den USA, Brasilien, der Tschechischen Republik, Griechenland, Indien, Russland und dem Vereinigten Königreich. Das Experiment wird vom US-Energieministerium, der National Science Foundation und anderen Förderorganisationen finanziert.
