p Um experimento no Fermilab do Departamento de Energia fez um avanço significativo na detecção de neutrinos que se escondem em energias mais baixas. p O experimento ArgoNeuT demonstrou recentemente pela primeira vez que uma classe particular de detector de partículas - aqueles que usam argônio líquido - pode identificar sinais em uma faixa de energia que os físicos de partículas chamam de "faixa MeV". É o primeiro passo substantivo para confirmar que os pesquisadores serão capazes de detectar uma ampla gama de energia de neutrinos - mesmo aqueles mais difíceis de pegar, energias mais baixas - com o experimento internacional Deep Underground Neutrino, ou DUNE, hospedado pelo Fermilab. O DUNE está programado para iniciar em meados da década de 2020.

p Neutrinos são leves, partículas elusivas e sutis que viajam perto da velocidade da luz e contêm pistas sobre a evolução do universo. Eles são produzidos em decaimentos radioativos e outras reações nucleares, e quanto menor sua energia, mais difíceis de detectar.

p Em geral, quando um neutrino atinge um núcleo de argônio, a interação gera outras partículas que deixam rastros detectáveis ​​no mar de argônio. Essas partículas variam em energia.

p Os cientistas são bastante hábeis em extrair partículas de alta energia - aquelas com mais de 100 MeV (ou megaeletronvolts) - de seus dados de detector de argônio líquido. Essas partículas percorrem o argônio, deixando para trás o que parecem longas trilhas em exibições visuais dos dados.

p Peneirando as partículas na parte inferior, intervalo MeV de um dígito é mais difícil, como tentar extrair as melhores agulhas escondidas no proverbial palheiro. Isso ocorre porque as partículas de baixa energia não deixam tantos vestígios no argônio líquido. Eles não fecham tanto quanto blip.

p De fato, depois de simular as interações do neutrino com o argônio líquido, Os cientistas da ArgoNeuT previram que partículas de energia MeV seriam produzidas e seriam visíveis como pequenos pontos nos dados visuais. Onde as partículas de alta energia aparecem como listras no argônio, a assinatura reveladora das partículas MeV seriam pequenos pontos.

p E este foi o desafio que os pesquisadores da ArgoNeuT enfrentaram:como você localiza as pequenas manchas e pontos nos dados? E como você verifica se eles significam interações reais entre partículas e não são meramente ruído? As técnicas típicas, os métodos para identificar trilhas longas em argônio líquido, não se aplicaria aqui. Os pesquisadores teriam que inventar algo diferente.

p E assim fizeram:a ArgoNeuT desenvolveu um método para identificar e revelar sinais tipo blip das partículas MeV. Eles começaram comparando duas categorias diferentes:blips acompanhados por eventos de neutrino conhecidos e blips não acompanhados de eventos de neutrino. Finalmente, eles desenvolveram uma nova técnica de reconstrução específica de baixa energia para analisar os dados experimentais reais do ArgoNeuT para procurá-los.

p E eles os encontraram. Eles observaram os sinais de blip, que correspondeu aos resultados simulados. Não apenas isso, mas os sinais vieram altos e claros:ArgoNeuT identificou os sinais MeV como um excesso de 15 sigma, muito mais alto do que o padrão para reivindicar uma observação na física de partículas, que é 5 sigma (o que significa que há uma chance em 3,5 milhões de que o sinal seja um acaso.)

p O resultado da ArgoNeuT demonstra uma capacidade de importância crucial para medir eventos de neutrino do MeV em argônio líquido.

p Curiosamente, neutrinos nascidos dentro de uma supernova também se enquadram na faixa de MeV. O resultado da ArgoNeuT dá aos cientistas da DUNE uma vantagem em um de seus objetivos de pesquisa:melhorar nossa compreensão das supernovas estudando a torrente de neutrinos que escapam de dentro da estrela em explosão quando ela entra em colapso.

p O enorme detector de partículas DUNE, a ser localizado no subsolo do Sanford Lab em Dakota do Sul, será preenchido com 70, 000 toneladas de argônio líquido. Quando os neutrinos de uma supernova atravessam o grande volume de argônio abaixo da superfície da Terra, alguns vão colidir com os átomos de argônio, produzindo sinais coletados pelo detector DUNE. Os cientistas usarão os dados acumulados pelo DUNE para medir as propriedades dos neutrinos da supernova e preencher a imagem da estrela que os produziu, e até mesmo potencialmente testemunhar o nascimento de um buraco negro.

p Os detectores de partículas captaram um punhado de sinais de neutrino de uma supernova em 1987, mas nenhum deles era detector de argônio líquido. (Outros experimentos de neutrino usam, por exemplo, agua, óleo, carbono, ou plástico como seu material de detecção preferido.) Os cientistas do DUNE precisavam entender como seriam os sinais de baixa energia de uma supernova no argônio.

p A colaboração ArgoNeuT é a primeira experiência para ajudar a responder a essa pergunta, fornecendo uma espécie de primeiro capítulo no guia sobre o que procurar quando um neutrino de supernova encontra argônio. Sua conquista pode nos deixar um pouco mais perto de aprender o que esses mensageiros do espaço sideral terão a nos dizer.