Partículas carregadas, como prótons e elétrons, pode ser caracterizada pelas trilhas de átomos que essas partículas ionizam. Em contraste, neutrinos e seus parceiros antipartículas quase nunca ionizam átomos, portanto, suas interações devem ser reunidas pela maneira como eles separam os núcleos.

Mas quando a separação produz um nêutron, ele pode transportar silenciosamente uma peça crítica de informação:parte da energia do antineutrino.

A colaboração do Fermilab com o MINERvA publicou recentemente um artigo para quantificar os nêutrons produzidos por antineutrinos interagindo em um alvo de plástico.

A forma como os antineutrinos mudam entre seus vários tipos pode ajudar a explicar por que o universo moderno é dominado pela matéria. O modelo mais promissor de como esse comportamento relaciona partículas e antipartículas depende da energia antineutrino. Contudo, nêutrons podem deixar buracos no quebra-cabeça da identidade de um antineutrino porque carregam energia e são produzidos em diferentes quantidades por neutrinos e antineutrinos. Este resultado do MINERvA visa melhorar as previsões de como os nêutrons podem afetar os experimentos atuais e futuros de neutrinos, incluindo o experimento internacional Deep Underground Neutrino, hospedado pelo Fermilab.

Neste estudo, O MINERvA procurou por interações antineutrino que produzem nêutrons. As interações antineutrino que o MINERvA estuda se parecem com uma ou mais trilhas de átomos ionizados, todas apontando para um único núcleo. Ao contrário das partículas carregadas, nêutrons podem viajar muitas dezenas de centímetros de uma interação antineutrino antes de serem detectados. Então, a colaboração MINERvA caracterizou a atividade de nêutrons como bolsões de átomos ionizados espacialmente isolados de ambos os rastros de partículas carregadas e do ponto de interação.

Uma interação antineutrino pode produzir outros tipos de partículas neutras, que pode simular uma interação de nêutrons, e partículas carregadas, o que pode confundir uma medição de contagem de nêutrons por eles próprios ejetarem nêutrons dos núcleos. Além disso, quando essas partículas carregadas têm baixo momento, eles podem terminar em uma massa de ionização muito próxima ao ponto de interação para serem contados separadamente, o que também mascara a evidência de partículas neutras. Então, nêutrons podem ser contados com mais precisão em interações antineutrino que produzem poucas partículas adicionais. Os cientistas do MINERvA usaram cálculos de conservação de momentum para evitar interações que produziram muitas partículas carregadas.

Medições de outros experimentos de nêutrons de antineutrinos esperaram que cada nêutron perdesse a maior parte de sua energia antes de poder ser contado. Contudo, nêutrons da amostra de antineutrino do MINERvA têm energia suficiente para tirar outros nêutrons dos núcleos com os quais colidem. Esta reação em cadeia muda tanto as energias dos nêutrons originais quanto o número de nêutrons detectados. Este resultado se concentra em sinais de nêutrons dentro de dezenas de nanossegundos de uma interação antineutrino.

Compreendendo a produção de nêutrons em conjunto com a caracterização de interações antineutrino do MINERvA em muitos núcleos, futuros estudos de oscilação podem quantificar como nêutrons não detectados podem afetar suas conclusões sobre as diferenças entre neutrinos e antineutrinos.