Os cientistas resolvem os mistérios dos neutrinos observando-os interagir com detectores - especificamente, com os núcleos atômicos no material detector. A maior parte do tempo, um neutrino nem sequer aperta a mão de um núcleo. Mas quando isso acontecer, o leve, A partícula neutra pode se transformar em uma partícula carregada e tirar coisas do núcleo à medida que escapa - deixando a cena do crime para trás. Cientistas do experimento MINERvA do Fermilab reconstruíram a cena do crime separando fenômenos subjacentes para obter uma imagem clara do que aconteceu.

Neutrinos são partículas leves que raramente interagem com a matéria. Sua relutância em interagir os torna difíceis de estudar, mas eles também são as mesmas partículas que poderiam responder a perguntas de longa data sobre a criação do cosmos. Ao estudar os traços que os neutrinos deixam para trás, os cientistas reuniram mais informações sobre o significado desses rastros. Quanto mais informações eles têm, melhores serão suas medições de neutrinos - não apenas no MINERvA, mas também em outros experimentos com neutrinos.

Os neutrinos geralmente navegam pela matéria sem esbarrar nela. Mas de vez em quando, aperta a mão de um núcleo, e às vezes o aperto de mão dá uma guinada destrutiva:um leptão carregado (um elétron ou múon) é produzido, enquanto os constituintes do núcleo são eliminados. Um detector de partículas coleta os traços do leptão carregado e o knock-out.

Os cientistas do MINERvA estudam os traços das partículas resultantes para reconstruir a interação entre os neutrinos e os núcleos. Até aqui, esta não tem sido uma tarefa fácil:os efeitos nucleares obscureceram muitas das evidências dos neutrinos invasores, deixando os pesquisadores com informações complexas e aparentemente irrelevantes. Nem todos os neutrinos se comportam mal, mas, Infelizmente, os neutrinos com os quais nos preocupamos - aqueles com energia comparável à massa dos constituintes dos núcleos e que poderiam nos contar sobre a criação do cosmos - todos têm esse modus operandi.

Para reconstruir a cena do crime resultante, os cientistas precisam de uma compreensão completa de como funcionam os efeitos nucleares. Tanto o leptão carregado quanto o nocaute retêm impressões digitais parciais do neutrino original, e essas impressões digitais parciais ficam ambiguamente no topo do fundo do efeito nuclear. Os pesquisadores descobriram que podem levantar as impressões digitais por meio de uma nova técnica de neutrino CSI conhecida como correlações de estado final. Os pequenos detalhes dos efeitos nucleares tornam-se claros apenas quando outros efeitos são removidos.

Para ter uma noção da técnica de correlações de estado final, vamos dar um passo para trás e olhar os eventos que levaram à cena do crime:Um neutrino se choca contra um núcleo. A interação produz outras partículas. Essas novas partículas - leptão carregado e knock-out - voam em direções opostas, deixando rastros de si mesmos no detector.

Se o núcleo fosse um espectador ocioso, esses fugitivos fugiriam da cena consecutivamente, talvez um indo para o leste e o outro para o oeste. Mas na realidade, o movimento do leptão carregado para o leste não corresponde ao movimento para o oeste da partícula nocauteada. Essas diferenças sutis de momentum são pistas; eles refletem tudo o que acontece dentro do núcleo, como uma sombra da cena do crime lançada pela lanterna levada pelo neutrino. Assim, os neutrinos não projetam sombras - apenas os efeitos nucleares o fazem. A técnica de correlações de estado final combina os efeitos nucleares com os afastamentos das partículas pós-interação dos caminhos de momentos leste-oeste iguais.

Os pesquisadores usaram a nova técnica. Eles traçaram uma reconstrução detalhada dos efeitos nucleares. Os fenômenos subjacentes, como o estado inicial do núcleo, mecanismo de eliminação adicional, e as interações de estado final entre o knock-out e o resto do núcleo - agora estão separadas.