Matthew Green é professor assistente de física na NC State. Ele estava envolvido em um projeto de pesquisa multi-institucional com o objetivo de detectar um processo denominado Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS). O projeto foi bem sucedido, e suas descobertas aparecem em Ciência . Matthew concordou em fazer uma sessão de perguntas e respostas com o The Abstract sobre o projeto e seus resultados.

The Abstract:O que é um neutrino? O que o estudo dos neutrinos pode nos dizer sobre o universo?

Verde:os neutrinos são algumas das partículas elementares básicas que constituem o nosso universo. Em termos de número, eles são mais abundantes do que todas as outras partículas de matéria em nosso universo combinadas. Eles têm pequenas massas minúsculas, menos de um milionésimo da massa dos elétrons; eles são tão pequenos que até agora não fomos capazes de medi-los exatamente, apenas estabeleça limites superiores para eles. Nos últimos 20 anos, foi estabelecido que, embora sejam minúsculos, suas massas não são zero (ao contrário dos fótons, as partículas que constituem a luz). Por que os neutrinos são tão leves é um mistério, e pode apontar para uma nova física que poderia explicar por que vivemos em um universo que tem tanta matéria e tão pouca antimatéria, quando nosso entendimento atual diz que matéria e antimatéria deveriam ter sido produzidas em quantidades iguais desde o início, e eliminaram uns aos outros à medida que nosso universo evoluía.

TA:Por que os neutrinos são tão difíceis de detectar?

Verde:das quatro forças fundamentais que descrevem como as partículas interagem entre si (eletromagnetismo, força forte, força fraca, gravidade), os neutrinos interagem apenas por meio da força fraca apropriadamente nomeada e da força gravitacional (ainda mais fraca). Por causa disso, as interações do neutrino com a matéria são raras; trilhões de neutrinos do sol passam por seu corpo a cada segundo, e quase todos eles viajarão através de você, e através da Terra, completamente inabalável. Se você quisesse construir uma parede de aço para se proteger dos neutrinos que o sol emite, ele precisaria ter mais de um ano-luz (aproximadamente 6 trilhões de milhas) de espessura!

TA:Você esteve envolvido em um projeto para construir um detector de neutrino menor - como esse novo detector difere dos usados ​​anteriormente?

Verde:Nosso objetivo era detectar pela primeira vez um processo denominado Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS), em que um neutrino colide com um núcleo atômico e se as condições forem adequadas (a energia do neutrino é baixa o suficiente) o neutrino interage com o núcleo inteiro de uma vez em vez de um único próton ou nêutron no núcleo. Como resultado, a seção transversal para essa interação (uma medida física de partículas da probabilidade de ocorrer uma interação) é enorme - em relação aos neutrinos de qualquer maneira. O problema é que a única maneira de detectar a interação é procurando a assinatura do núcleo que sai do lugar pelo neutrino. Uma vez que o neutrino deve ter pouca energia, o núcleo recuado deve ser ainda mais baixo; imagine jogar uma bola de pingue-pongue em uma bola de boliche e olhar para ela se mover. Se você puder construir um detector que seja capaz de medir recuos nucleares de baixa energia, então esse detector pode ser bem pequeno (o nosso neste trabalho pesa cerca de 30 libras), mas ainda pode detectar neutrinos por meio deste processo CEvNS.

TA:Qual foi o seu envolvimento no projeto? O aspecto mais marcante do trabalho?

Verde:Uma das previsões que o Modelo Padrão faz para a interação CEvNS é como a seção transversal deve mudar de um núcleo alvo para o próximo. Por essa razão, estamos implantando um conjunto de diferentes detectores feitos de diferentes materiais para que possamos testar essa previsão. No estado de NC, estamos montando um conjunto de detectores à base de germânio normalmente usados ​​para detectar radiação de raios gama, que será implantado no Spallation Neutron Source (SNS) localizado no Oak Ridge National Labs ainda este ano. Esses detectores de germânio, além de ser um material de destino diferente, nos permitirá medir o processo CEvNS com maior precisão.

TA:Houve alguma descoberta surpreendente do detector? Que perguntas você tentará responder no futuro?

Verde:Nossa medição de CEvNS foi, dentro das incertezas da medição, o que foi previsto pela nossa compreensão dos neutrinos e da física das partículas, então nada terrivelmente surpreendente aí. O que foi mais surpreendente para nós foi o quão grande foi um local experimental para nós a Fonte de Nêutrons de Espalação. Conseguimos identificar um local no edifício de destino SNS onde estamos perto de onde os neutrinos são criados, então temos muitos neutrinos voando através de nossos detectores, mas também onde há muita proteção contra outras partículas de alta energia criadas no alvo que sobrecarregariam nossos detectores e dificultariam a visualização dos sinais de neutrino que estamos procurando. Conseguimos fazer uma medição melhor do que pensávamos ser possível, e estamos muito entusiasmados com as medições que poderemos fazer lá em um futuro próximo.