Por mais de três anos, os cientistas da colaboração NOvA têm observado partículas chamadas neutrinos à medida que oscilam de um tipo a outro a uma distância de 500 milhas. Agora, em um novo resultado revelado hoje na conferência Neutrino 2018 em Heidelberg, Alemanha, a colaboração anunciou seus primeiros resultados usando antineutrinos, e tem visto fortes evidências de antineutrinos de múon oscilando em antineutrinos de elétrons em longas distâncias, um fenômeno que nunca foi observado de forma inequívoca.

Nova, baseado no Laboratório Nacional do Acelerador Fermi do Departamento de Energia dos EUA, é o experimento de neutrino mais longo do mundo. Seu objetivo é descobrir mais sobre neutrinos, partículas fantasmagóricas, porém abundantes, que viajam pela matéria principalmente sem deixar rastros. O objetivo de longo prazo do experimento é procurar semelhanças e diferenças em como os neutrinos e antineutrinos mudam de um tipo - neste caso, muon - em um dos outros dois tipos, elétron ou tau. Medir com precisão essa mudança em neutrinos e antineutrinos, e então compará-los, ajudará os cientistas a desvendar os segredos que essas partículas guardam sobre como o universo funciona.

O NOvA usa dois detectores de partículas grandes - um menor no Fermilab em Illinois e um muito maior a 500 milhas de distância no norte de Minnesota - para estudar um feixe de partículas gerado pelo complexo acelerador do Fermilab e enviado pela Terra, sem túnel necessário.

O novo resultado é obtido a partir da primeira execução do NOvA com antineutrinos, a antimatéria equivalente aos neutrinos. O NOvA começou a estudar antineutrinos em fevereiro de 2017. Os aceleradores do Fermilab criam um feixe de neutrinos do múon (ou antineutrinos do múon), e o detector distante do NOvA é projetado especificamente para ver essas partículas se transformando em neutrinos de elétrons (ou antineutrinos de elétrons) em sua jornada.

Se os antineutrinos não oscilaram do tipo múon para o tipo elétron, os cientistas esperavam registrar apenas cinco candidatos a antineutrino de elétrons no detector NOvA far durante esta primeira execução. Mas quando eles analisaram os dados, eles encontraram 18, fornecendo fortes evidências de que os antineutrinos sofrem essa oscilação.

"Antineutrinos são mais difíceis de fazer do que neutrinos, e são menos propensos a interagir em nosso detector, "disse Peter Shanahan do Fermilab, co-porta-voz da colaboração NOvA. "Este primeiro conjunto de dados é uma fração de nosso objetivo, mas o número de eventos de oscilação que vemos é muito maior do que esperaríamos se os antineutrinos não oscilassem do tipo múon para o elétron. Isso demonstra o impacto que o feixe de partículas de alta potência do Fermilab tem em nossa capacidade de estudar neutrinos e antineutrinos. "

Embora os antineutrinos sejam conhecidos por oscilar, a transformação em antineutrinos de elétrons em longas distâncias ainda não foi definitivamente observada. O experimento T2K, localizado no Japão, anunciou que havia observado indícios desse fenômeno em 2017. As colaborações NOvA e T2K estão trabalhando em uma análise combinada de seus dados nos próximos anos.

“Com este primeiro resultado usando antineutrinos, NOvA passou para a próxima fase de seu programa científico, "disse o Diretor Associado de Física de Altas Energias do Escritório de Ciência do Departamento de Energia, Jim Siegrist." Estou satisfeito em ver que este importante experimento continua a nos dizer mais sobre essas partículas fascinantes. "

O novo resultado de antineutrino da NOvA acompanha uma melhoria em seus métodos de análise, levando a uma medição mais precisa de seus dados de neutrino. De 2014 a 2017, NOvA viu 58 candidatos para interações de neutrinos de múon transformando-se em neutrinos de elétron, e os cientistas estão usando esses dados para chegar mais perto de desvendar alguns dos mistérios mais complicados dessas partículas indescritíveis.

A chave para o programa de ciências do NOvA é comparar a taxa na qual os neutrinos do elétron aparecem no detector distante com a taxa que os antineutrinos do elétron aparecem. Uma medição precisa dessas diferenças permitirá ao NOvA atingir um de seus principais objetivos científicos:determinar qual dos três tipos de neutrinos é o mais pesado e qual o mais leve.

Foi demonstrado que os neutrinos têm massa, mas os cientistas não foram capazes de medir diretamente essa massa. Contudo, com dados suficientes, eles podem determinar as massas relativas dos três, um quebra-cabeça chamado ordenação em massa. NOvA está trabalhando para uma resposta definitiva a esta pergunta. Os cientistas no experimento continuarão estudando antineutrinos até 2019 e, nos anos seguintes, eventualmente coletará quantidades iguais de dados de neutrinos e antineutrinos.

"Este primeiro conjunto de dados de antineutrinos é apenas um começo para o que promete ser uma corrida emocionante, "disse a co-porta-voz do NOvA, Tricia Vahle, da William &Mary." É o começo, mas o NOvA já está nos dando novos insights sobre os muitos mistérios dos neutrinos e antineutrinos. "