Neutriinot ovat hiukkasfysiikan yleisimpiä, uteliaimpia ja vaikeimpia kriittejä. Jotkut heistä ovat olleet paikallaan ison räjähdyksen jälkeen ja, juuri kun olet lukenut tämän, biljoonat heistä ovat kulkeneet kehosi läpi (ja enemmän on matkalla.) Mutta niiden kaikkialle levinneisyydestä huolimatta neutriinoja on tunnetusti vaikea tutkia tarkalleen, koska he ovat sivuuttaa melkein kaiken, joka on tehty mistään muusta. Joten ei ole yllättävää, että neutriinin punnitseminen ei ole niin yksinkertaista kuin kohteliaasti pyytämällä asteikkoa.
Onneksi hiukkasfyysikot ovat sitkeä erä, mukaan lukien Yhdysvaltain energiaministeriön Fermilabin edustajat, ja he eivät luopu viimeisimmästä neutriinisafaristaan: NuMI Off-Axis Electron Neutrino Appearance -kokeesta tai NOvA: sta. (Tutkijat edustavat neutriinoja kreikan kirjaimella nu taiv.) Se on hyvin pienin riistametsästys neutriinojen saaliiksi lennossa, ja se käyttää joitain erittäin suuria laitteita työn tekemiseen. Ja se on jo vanginnut sen ensimmäiset neutriinot - jopa ennen kuin niiden asennus on valmis.
Luotu tuhoamalla protoneja grafiittitavoitteita vastaan Fermilabin laitoksessa aivan Chicagon ulkopuolella Illinoisissa. Tuloksena olevat neutriinot kerätään ja ammuttiin ulos palkkiin 500 mailia luoteeseen NOvA-kaukosäätimeen Ash Riverissä, Minnesotassa, Kanadan rajan varrella. Ensimmäiset palkit ampuivat syyskuussa 2013 Ash-joen rakennuksen ollessa vielä rakenteilla.
"Se, että ensimmäiset neutriinot on havaittu jo ennen NOvA-kaukosäätimen asennuksen valmistumista, on todellinen kunnianosoitus kaikille mukana oleville", sanoi Minnesotan yliopiston fyysikko Marvin Marshak, Ash River -laboratorion johtaja. "Tämä varhainen tulos viittaa siihen, että NOvA-yhteistyö antaa merkittävän panoksen tietoihimme näistä hiukkasista vielä niin kaukana tulevaisuudessa."
Fermilabin säteet laukaistaan kahden sekunnin välein, jolloin kukin lähettää miljardeja neutriinoja suoraan ilmaisimiin. Fermilabin lähellä oleva ilmaisin vahvistaa säteen neutriinojen alkuperäisen "aromin", ja paljon suurempi kaukosäädin määrittää sitten, ovatko neutriinot muuttuneet kolmen millisekunnin maanalaisen valtioiden välisen matkan aikana.
Jälleen, koska neutriinot eivät ole helposti vuorovaikutuksessa tavallisten hiukkasten kanssa, palkit voivat kulkea helposti maan läpi tilojen välillä - maapallon kaarevuudesta huolimatta. Itse asiassa palkki, joka alkaa 45 metriä maanpinnan alapuolella Chicagon lähellä, kulkee lopulta matkansa yli 10 mailin syvyyteen.
Fermilabin lehdistötiedotteen mukaan neutriinoja on kolme tyyppiä, joita kutsutaan makuiksi (elektroni, muoni tai tau), ja muuttuvat niiden välillä matkustettaessa. NOvA-kokeen kaksi ilmaisinta on sijoitettu toisistaan toisistaan, jotta neutriinoille olisi aika värähtää yhdestä mausta toiseen kulkeessa melkein valon nopeudella. Vaikka vain murto-osa kokeen suuremmasta ilmaisimesta, nimeltään kaukosäätimellä, on tässä vaiheessa täysin rakennettu, täytetty tuikella ja johdotettu elektroniikalla, kokeilu on jo käyttänyt sitä signaalien tallentamiseen ensimmäisistä neutriinoistaan. "
50 metrin (15 m) korkeat ilmaisinlohkot täytetään nestetuikolla, joka on valmistettu 95% mineraaliöljystä ja 5% nestemäisestä hiilivedystä, nimeltään pseudokumeeni, mikä on myrkyllistä, mutta ”välttämätöntä neutrinoiden havaitsemisprosessille”. Seos suurentaa valoa, joka siihen osuu, jolloin neutriinolakot voidaan helpommin havaita ja mitata. (Lähde)
"NOvA edustaa uuden sukupolven neutriinokokeita", sanoi Fermilab-johtaja Nigel Lockyer. "Olemme ylpeitä saavuttaaksemme tämän tärkeän virstanpylvään matkallamme oppimaan lisää näistä perustavanlaatuisista hiukkasista."
Tämän kesän valmistumisen jälkeen NOvA: n läheiset ja kaukana olevat ilmaisimet painavat vastaavasti 300 ja 14 000 tonnia.
NOvA-kokeen tavoitteena on onnistuneesti kaappaa ja mitata eri neutriinoaromien massoja ja määrittää myös, ovatko neutriinot omat hiukkaset (ne voivat olla samoja, koska niillä ei ole erityistä varausta.) Vertaamalla värähtelyjä (ts. Makua) tutkijat toivovat selvittävän niiden massahierarkian - ja lopulta selvittävät, miksi maailmankaikkeus sisältää nykyään paljon enemmän ainetta kuin antimateriaa.
Lue lisää: Neutrino-havaitseminen voi auttaa maalaamaan kokonaan uuden kuvan maailmankaikkeudesta
Kun kokeilu on täysin toimintakykyinen, tutkijat odottavat saavansa arvokkaita muutamia neutriinoja päivittäin - noin 5000 yhteensä kuuden vuoden aikana. Siihen asti heillä on ainakin nyt pari ensimmäistä kirjaa.
”Neutriinojen näkeminen Minnesotan ilmaisimen ensimmäisissä moduuleissa on tärkeä virstanpylväs. Nyt voimme alkaa tehdä fysiikkaa. ”
- Rick Tesarek, Fermilab-fyysikko
Lisätietoja NoVA-kokeilun kehittämisestä ja rakentamisesta alla:
(Videoluotto: Fermilab)
Lisätietoja täältä NOvA-tutkimuksen tavoitteista.
Lähde: Fermilab-lehdistötiedote
NOvA-yhteistyö koostuu 208 tutkijasta 38 laitoksesta Yhdysvalloissa, Brasiliassa, Tšekin tasavallassa, Kreikassa, Intiassa, Venäjällä ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Koe saa rahoitusta Yhdysvaltain energiaministeriöltä, Kansalliselta tiedesäätiöltä ja muilta rahoittajilta.
