tutkijat kutsuvat neutriinoa usein ”haamuhiukkaseksi.”Neutriinot olivat yksi runsaimmista hiukkasista kaikkeuden synnyssä, ja niin ne ovat nykyäänkin. Fuusioreaktiot auringossa tuottavat niitä valtavia armeijoita, jotka kaatuvat maahan joka päivä. Biljoonia kulkee kehomme läpi joka sekunti ja lentää maan läpi kuin sitä ei olisi.

”vaikka neutriinot ensi kerran postuloitiin lähes sata vuotta sitten ja havaittiin ensimmäisen kerran 65 vuotta sitten, ne pysyvät salaperäisinä, koska ne eivät halua olla vuorovaikutuksessa aineen kanssa”, sanoi Yhdysvaltain energiaministeriön Argonne National Laboratoryn ydinfyysikko Alessandro Lovato.

Lovato on jäsenenä neljän kansallisen laboratorion tutkimusryhmässä, joka on rakentanut mallin, joka käsittelee yhtä neutriinoihin liittyvistä monista mysteereistä—kuinka ne vaikuttavat atomiytimiin, monimutkaisiin systeemeihin, jotka koostuvat protoneista ja neutroneista (”nukleoneista”), joita vahva voima sitoo yhteen. Tämä tieto on välttämätöntä selvittää vielä suurempi mysteeri-miksi heidän matkallaan läpi avaruuden tai aineen neutriinot maagisesti morph yhdestä toiseen kolme mahdollista tyyppiä tai ” makuja.”

näiden heilahdusten tutkimiseksi on DOE: n Fermi National Accelerator Laboratoryssa tehty kaksi koesarjaa (MiniBooNE ja NOvA). Näissä kokeissa tiedemiehet tuottavat voimakkaan neutriinovirran hiukkaskiihdyttimessä, jonka jälkeen ne lähetetään hiukkasilmaisimiin pitkän ajan kuluessa (MiniBooNE) tai viiden sadan mailin päässä lähteestä (NOvA).

tuntien neutriinomakujen alkuperäisen jakauman, koekaniinit keräävät sitten tietoa, joka liittyy neutriinojen vuorovaikutuksiin ilmaisimien atomiytimien kanssa. Tästä tiedosta he voivat laskea neutriinomakujen muutokset ajan tai matkan aikana. Minibooni-ja NOvA-ilmaisimien ytimet ovat peräisin hiili-12-isotoopista, jossa on kuusi protonia ja kuusi neutronia.

”tiimimme tuli kuvaan, koska nämä kokeet vaativat erittäin tarkan mallin neutriinojen vuorovaikutuksesta ilmaisimen ytimien kanssa suurella energia-alueella”, sanoi Argonnen Fysiikkaosaston ja Fermilabin postdoc-tutkija Noemi Rocco. Kun otetaan huomioon neutriinojen elusiviivisuus, näiden reaktioiden kokonaisvaltaisen kuvauksen saavuttaminen on valtava haaste.

ryhmän ydinfysiikan malli neutriinojen vuorovaikutuksista yhden nukleonin ja parin kanssa on tähän mennessä tarkin. ”Meidän on ensimmäinen lähestymistapa mallintaa näitä vuorovaikutuksia niin mikroskooppisella tasolla”, sanoi Rocco. ”Aiemmat lähestymistavat eivät olleet niin hienorakeisia.”

yksi ryhmän tärkeistä havainnoista, jotka perustuivat Argonne Leadership Computing Facility (ALCF)-tutkimuslaitoksen Mira-supertietokoneella tehtyihin laskelmiin, oli, että nukleoniparin vuorovaikutus on ratkaisevaa, jotta neutriinojen vuorovaikutus ytimien kanssa voidaan mallintaa tarkasti. ALCF on DOE Office of Science User Facility.

”mitä suurempia ytimiä detektorissa on, sitä suurempi todennäköisyys on, että neutriinot vuorovaikuttavat niiden kanssa”, Lovato sanoi. ”Tulevaisuudessa suunnittelemme laajentavamme malliamme suurempien ytimien eli hapen ja argonin ytimien dataan tukeaksemme Japanissa ja Yhdysvalloissa suunniteltuja kokeita. ”

Rocco lisäsi, että ” noissa laskelmissa tulemme turvautumaan vielä tehokkaampiin ALCF-tietokoneisiin, olemassa olevaan Theta-järjestelmään ja tulevaan exascale-koneeseen, Auroraan.”

tutkijat toivovat, että lopulta syntyy täydellinen kuva sekä neutriinojen että niiden antihiukkasten makuvärähdyksistä, joita kutsutaan ”antineutrinoiksi.”Tämä tieto voi valaista sitä, miksi maailmankaikkeus on rakennettu aineesta eikä antimateriasta-yksi maailmankaikkeutta koskevista peruskysymyksistä.

paperi, jonka nimi on ”ab Initio Study of (νℓ,ℓ−) and (νℓ,ℓ+) Inclusive Scattering in C12: Confronting the MiniBooNE and T2K CCQE Data”, on julkaistu Physical Review X: ssä.Roccon ja Lovaton lisäksi kirjoittajia ovat J. Carlson (Los Alamos National Laboratory), S. Gandolfi (Los Alamos National Laboratory) ja R. Schiavilla (Old Dominion University / Jefferson Lab).