Os cientistas estudam partículas minúsculas chamadas neutrinos para aprender como nosso universo evoluiu. Essas partículas, conhecido por ser difícil de detectar, poderia contar a história de como a matéria venceu a antimatéria uma fração de segundo após o Big Bang e, consequentemente, porque estamos aqui.

Chegar ao fundo dessa história de fração de segundo significa descobrir as diferenças, caso existam, entre o neutrino e sua contraparte de antimatéria, o antineutrino.

O experimento com neutrinos do MINERvA no Fermilab recentemente adicionou alguns detalhes aos perfis de comportamento dos neutrinos e antineutrinos:os cientistas mediram a probabilidade de que essas partículas tão fugazes parassem no detector do MINERvA. Em particular, eles olharam para casos em que um antineutrino interagindo no detector produziu outra partícula, um nêutron - aquela partícula familiar que, junto com o próton, compõe o núcleo de um átomo.

Os estudos do MINERvA de tais casos beneficiam outros experimentos de neutrinos, que podem usar os resultados para refinar suas próprias medições de interações semelhantes.

É típico estudar as partículas produzidas pela interação de um neutrino (ou antineutrino) para descobrir o comportamento do neutrino. Neutrinos são artistas de fuga sem esforço, e sua natureza de Houdini torna difícil medir suas energias diretamente. Eles navegam desimpedidos por tudo - até mesmo chumbo. Os cientistas são informados da interação rara de neutrinos pela produção de outros, partículas mais facilmente detectadas. Eles medem e somam as energias dessas partículas que saem e, portanto, medem indiretamente a energia do neutrino que deu o pontapé inicial.

Este estudo particular do MINERvA - o antineutrino entra, folhas de nêutrons - é um caso difícil. A maioria das partículas pós-interação depositam suas energias no detector de partículas, deixando rastros que os cientistas podem rastrear até o antineutrino original (ou neutrino, conforme o caso).

Mas neste experimento, o nêutron não. Ele mantém sua energia, deixando quase nenhum no detector. O resultado é praticamente impossível de rastrear, energia inexplicável que não pode ser facilmente registrada nos livros de energia. E infelizmente, os antineutrinos são bons na produção de nêutrons absorvedores de energia.

Os pesquisadores aproveitam ao máximo as situações de energia ausente. Eles predizem, com base em outros estudos, quanta energia é perdida e corrija para isso.

Para dar à comunidade científica uma base de dados, ferramenta preditiva para momentos de perda de energia, O MINERvA coletou dados da pior situação possível:um antineutrino atinge um núcleo no detector e elimina o nêutron não rastreável de forma que quase toda a energia concedida ao núcleo torna-se "puf". (Essas interações também produzem partículas carregadas positivamente chamadas múons que sinalizam a interação antineutrino.) Ao estudar este ato de desaparecimento específico, os cientistas podiam medir diretamente os efeitos da energia ausente.

Outros pesquisadores agora podem procurar esses efeitos, aplicando as lições aprendidas a casos semelhantes. Por exemplo, pesquisadores do maior experimento operacional de neutrino do Fermilab, Nova, e o experimento T2K japonês usará essa técnica em suas medições de antineutrino. E o experimento internacional Deep Underground Neutrino, organizado pelo Fermilab, peça central de um programa de neutrino líder mundial, também se beneficiará com isso quando começar a coletar dados na década de 2020.

O caso da produção de nêutrons é apenas um tipo de interação de energia perdida, um de muitos. Portanto, o modelo que sai deste estudo do MINERvA é reconhecidamente imperfeito. Não pode haver um modelo de cenários de energia perdida de tamanho único. Mas ainda fornece uma ferramenta útil para reunir a energia de um neutrino - e essa é uma tarefa difícil, não importa quais partículas saiam da interação.

"Esta análise é um grande testemunho da capacidade do detector de medir as interações de neutrinos e da capacidade da colaboração de desenvolver novas estratégias, "disse a cientista do Fermilab e co-porta-voz do MINERvA Deborah Harris." Quando começamos o MINERvA, esta análise não era nem mesmo um brilho nos olhos de ninguém. "

Há um bônus neste estudo recente, também, um que reforça uma investigação conduzida no ano passado.

Para a investigação anterior, O MINERvA se concentrou nas interações de neutrino (em vez de antineutrino) que eliminaram os pares próton-nêutron (em vez de nêutrons ou prótons isolados). Em um detector como o MINERvA, a energia de um próton é muito mais fácil de medir do que a de um nêutron, portanto, o estudo anterior presumivelmente produziu medições mais precisas do que o estudo antineutrino recente.

Quão boas foram essas medições? Os cientistas do MINERvA conectaram os valores do estudo anterior do neutrino em um modelo deste estudo recente do antineutrino para ver o que surgiria. Veja só, o ajuste ao modelo antineutrino melhorou sua capacidade de predizer os dados.

A combinação dos dois estudos dá à comunidade da física dos neutrinos novas informações sobre o desempenho dos modelos e onde eles ficam aquém. As pesquisas pelo fenômeno conhecido como violação de CP - o que torna a matéria especial em comparação com a antimatéria e que permitiu sua conquista na batalha pós-Big Bang - dependem da comparação de amostras de neutrinos e antineutrinos e da busca por pequenas diferenças. Grande, diferenças desconhecidas entre os produtos de reação neutrino e antineutrino esconderiam a presença ou ausência de assinaturas de CP.

“Não estamos mais preocupados com grandes diferenças, e nosso programa de neutrino pode trabalhar com pequenos ajustes às diferenças conhecidas, "disse o físico Rik Gran da Universidade de Minnesota-Duluth, autor principal neste resultado.

O MINERvA está se concentrando em modelos que, com cada novo teste, descrever melhor os dados de neutrino e antineutrino - e, portanto, a história de como o universo veio a existir.

Esses resultados apareceram em 1º de junho, 2018, no Cartas de revisão física .