Os neutrinos são tão misteriosos quanto onipresentes. Uma das partículas mais abundantes do universo, eles passam pela maior parte da matéria despercebidos. Suas massas são tão pequenas que até agora nenhum experimento conseguiu medi-las, enquanto viajam quase à velocidade da luz.

O experimento de neutrino MicroBooNE no Fermilab do Departamento de Energia publicou uma nova medição que ajuda a pintar um retrato mais detalhado do neutrino. Esta medição visa mais precisamente um dos processos decorrentes da interação de um neutrino com um núcleo atômico, um com um nome extravagante:espalhamento quase elástico de corrente carregada.

Os físicos passaram muito tempo explorando as propriedades dessas partículas invisíveis. Em 1962, eles descobriram que os neutrinos vêm em mais de um tipo, ou sabor. No final do século, os cientistas identificaram três sabores e também descobriram que os neutrinos podem mudar de sabor por meio de um processo chamado oscilação. Este fato surpreendente representa uma revolução na física:a primeira evidência conhecida da física além do modelo padrão extremamente bem-sucedido.

Dada a abundância de perguntas sem respostas relacionadas a essas partículas elusivas, a física dos neutrinos está prestes a entrar em uma nova era de medições de alta precisão, onde os próximos experimentos tentarão extrair os parâmetros de oscilação com uma precisão sem precedentes. Esses experimentos usarão detectores de última geração para medir as interações dos neutrinos. Para que os experimentos sejam um sucesso, modelagem precisa de interações neutrino-núcleo em suas simulações é uma obrigação.

As câmaras de projeção de tempo líquido-argônio são detectores de partículas poderosos que nos permitem estudar as interações dos neutrinos em detalhes, e essas medições podem ser usadas para avaliar a validade dos modelos de interação de neutrino nas simulações atuais. O experimento de neutrino MicroBooNE é o primeiro experimento operacional em grande escala no Fermilab a usar essa nova tecnologia de detector. Ele já coletou uma grande quantidade de eventos de espalhamento de neutrinos ao longo dos últimos cinco anos.

Quando um neutrino interage com um núcleo, pode produzir um múon (um primo do elétron) e um próton por meio de espalhamento quase elástico de corrente carregada, ou espalhamento CCQE. MicroBooNE publicado em Cartas de revisão física a primeira medição de interações do tipo CCQE em argônio para eventos que produzem um único múon e um único próton, mas sem píons carregados - outro tipo de partícula subatômica que freqüentemente surge das interações do neutrino com a matéria. Esta medição restringe cálculos essenciais para medições futuras e identifica regiões onde a melhoria dos modelos teóricos é necessária.

Este resultado é de grande importância para todos os futuros experimentos de oscilação de neutrino que usarão detectores de alvo de argônio, como os experimentos do programa Short-Baseline Neutrino e o Deep Underground Neutrino Experiment internacional, ambos hospedados pelo Fermilab, que se baseará na modelagem precisa das interações de neutrino no argônio para atingir suas sensibilidades projetadas.