Experimentul NUMI Off-Axis electron neutrino Appearance, cunoscut ca NOvA, constă din două detectoare uriaşe de particule amplasate la 800 km depărtare, iar sarcina lui este să exploreze proprietăţile unui fascicul intens de particule fantomatice numite neutrini.
Oamenii de ştiinţă de la experimentul cu neutrini desfăşurat pe cea mai lungă distanţă din lume au anunţat recent că au văzut primii lor neutrini.
Neutrinii sunt abundenţi în natură, dar ei interacţionează foarte rar cu restul materiei. Studierea lor ar putea dezvălui informaţii de importanţă crucială despre momentele de început ale Universului.
"NOvA reprezintă o nouă generaţie de experimente cu neutrini", spune Nigel Lockyer, director la Fermilab. "Suntem mândri să atingem acest jalon important în căutarea noastră de a învaţă mai multe despre aceste particule fundamentale".
Credit imagine: Reidar Hahn, Fermilab
Oamenii de ştiinţă generează un fascicul de particule pentru experimentul lor NOvA utilizând unul dintre cele mai mari acceleratoare din lume, localizat la Fermilab. Ei îndreaptă acest fascicul în direcţia a două detectoare de particule, unul lângă sursă, la Fermilab şi altul la Ash River, Minnesota, lângă graniţa cu Canada. Detectorul de la Ash River (în ilustraţia de mai sus) este operat de University of Minnesota.
Miliarde de neutrini sunt trimişi prin Pământ la fiecare două secunde, direcţionate către detectorii masivi. Odată ce experimentul va fi complet operaţional oamenii de ştiinţă vor capta câţiva preţioşi neutrini în fiecare zi.
Neutrinii sunt particule ciudate. Există trei tipuri, numite arome (eng. flavors), şi se transformă dintr-un tip în altul pe măsură ce se deplasează. Cele două detectoare ale experimentului NOvA sunt amplasate atât de departe pentru a permite neutrinilor să oscileze de la o aromă la alta în timp ce se deplasează la o viteză apropiată de viteza luminii. Chiar dacă numai o parte a detectorului mare al experimentului, numit detectorul îndepărtat, este echipat cu scintilatoare şi conectat la electronică în acest moment, el a fost deja folosit în experiment pentru a înregistra semnale de la primii lui neutrini. Captarea neutrinilor va fi din ce în ce mai uşoară pe măsură ce detectorii devin din ce în ce mai mari.
"Faptul că primii neutrini au fost deja detectaţi chiar înainte ca instalaţia detectorului îndepărtat al NOvA să fie completă, este un merit al tuturor celor implicaţi. Asta include personalul de la Fermilab, de la Ash River Lab, de la facilităţile modulului de la University of Minnesota, cercetătorii NOvA şi toţi profesioniştii şi studenţii care au construit detectorul, spune fizicianul Marvin Marshak de la University of Minnesota, care este director la Ash River Laboratory. "Aceste rezultate timpurii indică faptul că NOvA va aduce contribuţii importante la cunoaşterea acestor particule într-un viitor nu prea îndepărtat.
Odată ce vor fi completate, detectorul apropiat şi cel îndepărtat de la NOvA vor cântări 300 şi respectiv 14.000 tone. Echipele vor amplasa ultimul modul al detectorului îndepărtat la începutul acestei primăveri şi vor finaliza echiparea ambelor detectoare cu electronică în această vară.
"Primii neutrini detectaţi înseamnă că am pornit la drum", spune Gary Feldman fizician la Harvard, care a fost în conducerea acestui experiment încă de la început. "Am început să ne întâlnim cu mai mult de 10 ani în urmă pentru a discuta cum să concepem acest experiment, astfel încât suntem nerăbdători să demarăm".
Colaborarea NOvA adună 208 de oameni de ştiinţă de la 38 de instituţii din Statele Unite, Brazilia, Cehia, Grecia, India, Rusia şi Marea Britanie. Experimentul primeşte fonduri de la US Department of Energy, the National Science Foundation şi alte fundaţii finanţatoare.
Experimentul NOvA este programat să lucreze timp de şase ani. Deoarece neutrinii interacţionează atât de puţin cu materia, oamenii de ştiinţă se aşteaptă să capteze numai în jur de 5000 de neutrini sau antineutrini în tot acest interval. Cercetătorii pot studia timpul, direcţia şi energia particulelor care interacţionează în detectoare pentru a stabili dacă ei provin de la Fermilab sau de altundeva.
Fermilab crează un fascicul de neutrini ciocnind protoni într-o ţintă de grafit, care eliberează o diversitate de particule. Oamenii de ştiinţă folosesc magneţi pentru a dirija particulele încărcate care ţâşnesc într-un fascicul urmare energiei ciocnirii. Unele dintre aceste particule se dezintegrează în neutrini, pe care cercetătorii îi separă de non-neutrinii din fascicul.
Fermilab a început să trimită fascicule de neutrini către detectoare în septembrie, după 16 luni de muncă a circa 300 de oameni pentru modernizarea complexului acceleratorului.
"Este grozav să vedem primii neutrini de la complexul modernizat", spune fizicianul Paul Derwent de la Fermilab, care a condus procesul de upgradare al acceleratorului. "Este punctul culminant a unei munci îndârjite pentru a avea programul în funcţiune, din nou".
Credit imagine: Fermilab
Diferitele tipuri de neutrini au mase diferite, însă oamenii de ştiinţă nu ştiu cum să compare aceste mase, una cu cealaltă. Un scop al experimentului NOvA este de a stabili ordinul de mărime al maselor neutrinilor, cunoscut ca şi ierarhia maselor, care îi va ajuta pe cercetători să îngusteze lista posibilelor teorii despre cum se comportă neutrinii.
"A vedea neutrini în primele module ale detectoarelor din Minnesota este un reper important", spune fizicianul Rick Tesarek de la Fermilab, conducător de proiect pentru NOvA. "Acum putem începe să facem fizică".
Traducere de Marian Stănică după nova-experiment-sees-first-long-distance-neutrinos, cu acordul Symmetry Magazine.
