forskere henviser ofte til neutrinoen som “spøgelsespartikel.”Neutrinoer var en af de mest rigelige partikler ved universets oprindelse og forbliver det i dag. Fusionsreaktioner i solen producerer store hære af dem, som strømmer ned på jorden hver dag. Trillioner passerer gennem vores kroppe hvert sekund og flyver derefter gennem jorden, som om den ikke var der.

“mens de først postulerede for næsten et århundrede siden og først blev opdaget for 65 år siden, forbliver neutrinoer indhyllet i mysterium på grund af deres modvilje mod at interagere med stof,” sagde Alessandro Lovato, en atomfysiker ved US Department of Energy ‘ s (DOE) Argonne National Laboratory.

Lovato er medlem af et forskerteam fra fire nationale laboratorier, der har konstrueret en model til at tackle et af de mange mysterier om neutrinoer—hvordan de interagerer med atomkerner, komplicerede systemer lavet af protoner og neutroner (“nukleoner”) bundet sammen af den stærke kraft. Denne viden er afgørende for at afsløre et endnu større mysterium—hvorfor neutrinoer under deres rejse gennem rummet eller materien magisk forvandles fra den ene til den anden af tre mulige typer eller “smag”.”

for at studere disse svingninger er der foretaget to sæt eksperimenter på DOE ‘ s Fermi National Accelerator Laboratory (MiniBooNE og NOvA). I disse eksperimenter genererer forskere en intens strøm af neutrinoer i en partikelaccelerator og sender dem derefter til partikeldetektorer over en lang periode (MiniBooNE) eller fem hundrede miles fra kilden (NOvA).

Når man kender den oprindelige fordeling af neutrino-smag, indsamler eksperimentalisterne derefter data relateret til interaktionerne mellem neutrinerne og atomkernerne i detektorerne. Ud fra disse oplysninger kan de beregne eventuelle ændringer i neutrino-smagene over tid eller afstand. I tilfælde af MiniBooNE-og NOvA-detektorerne er kernerne fra isotopen carbon-12, som har seks protoner og seks neutroner.

“vores team kom ind i billedet, fordi disse eksperimenter kræver en meget nøjagtig model af interaktionerne mellem neutrinoer og detektorkernerne over et stort energiområde,” sagde Noemi Rocco, en postdoc i Argonnes Fysikafdeling og Fermilab. I betragtning af neutrinos undvigelse er det en formidabel udfordring at opnå en omfattende beskrivelse af disse reaktioner.holdets kernefysikmodel af neutrino-interaktioner med en enkelt nukleon og et par af dem er den mest nøjagtige hidtil. “Vores er den første tilgang til at modellere disse interaktioner på et sådant mikroskopisk niveau,” sagde Rocco. “Tidligere tilgange var ikke så finkornede.”

et af holdets vigtige fund, baseret på beregninger udført på den nu pensionerede Mira supercomputer ved Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), var, at nukleonparets interaktion er afgørende for at modellere neutrino-interaktioner med kerner nøjagtigt. ALCF er en doe Office of Science bruger facilitet.

“jo større kernerne i detektoren er, desto større er sandsynligheden for, at neutrinerne vil interagere med dem,” sagde Lovato. “I fremtiden planlægger vi at udvide vores model til data fra større kerner, nemlig ilt og argon, til støtte for eksperimenter planlagt i Japan og USA “

Rocco tilføjede, at ” for disse beregninger vil vi stole på endnu mere kraftfulde ALCF-computere, det eksisterende Theta-system og den kommende eksascale maskine, Aurora.”

forskere håber, at der til sidst vil komme et komplet billede af smagsoscillationer for både neutrinoer og deres antipartikler, kaldet ” antineutrinos.”Denne viden kan kaste lys over, hvorfor universet er bygget af stof i stedet for antimateriale—et af de grundlæggende spørgsmål om universet.artiklen, med titlen “Ab Initio Study of (Kurt,Kurt−) og (Kurt,Kurt+) inclusive scattering in C12: confronting the Miniboone and T2K CCKE data”, er publiceret i den fysiske gennemgang af Rocco og Lovato, blandt forfatterne er J. Carlson (Los Alamos National Laboratory), S. Gandolfi (Los Alamos National Laboratory) og R. Schiavilla (Old Dominion University/Jefferson Lab).