cientistas frequentemente se referem ao neutrino como a “partícula fantasma”. Os Neutrinos foram uma das partículas mais abundantes na origem do universo e permanecem assim hoje. Reações de fusão no sol produzem vastos exércitos deles, que derramam sobre a terra todos os dias. Triliões passam pelos nossos corpos a cada segundo, e depois voam pela terra como se não estivesse lá.

“embora postulado pela primeira vez há quase um século e detectado pela primeira vez há 65 anos, os neutrinos permanecem envoltos em mistério por causa de sua relutância em interagir com a matéria”, disse Alessandro Lovato, um físico nuclear no Laboratório Nacional do Departamento de energia dos Estados Unidos (DOE) Argonne.

Lovato é um membro de uma equipe de investigação de quatro laboratórios nacionais que construiu um modelo para abordar um dos muitos mistérios sobre os neutrinos—como eles interagem com os núcleos atômicos, complicado de sistemas feitos de prótons e nêutrons (“núcleos”), unidos por força forte. Este conhecimento é essencial para desvendar um mistério ainda maior-por que durante a sua jornada pelo espaço ou matéria neutrinos magicamente morph de um para outro de três tipos possíveis ou “sabores”.”

para estudar essas oscilações, dois conjuntos de experimentos foram realizados no Laboratório Nacional de aceleradores Fermi de DOE (MiniBooNE e NOvA). Nestes experimentos, os cientistas geram um fluxo intenso de neutrinos em um acelerador de partículas, em seguida, enviá-los em Detectores de partículas durante um longo período de tempo (MiniBooNE) ou 500 milhas da Fonte (NOvA).conhecendo a distribuição original dos sabores neutrinos, os experimentalistas recolhem dados relacionados com as interações dos neutrinos com os núcleos atómicos nos detectores. A partir dessa informação, eles podem calcular quaisquer alterações nos sabores de neutrino ao longo do tempo ou da distância. No caso dos detectores de Miniboona e NOvA, os núcleos são do isótopo carbono-12, que tem seis prótons e seis nêutrons.

“nossa equipe entrou na imagem porque estes experimentos requerem um modelo muito preciso das interações de neutrinos com os núcleos de detector sobre uma grande gama de energia”, disse Noemi Rocco, um postdoc na Divisão de Física de Argonne e Fermilab. Dada a elusividade dos neutrinos, conseguir uma descrição abrangente destas reacções é um desafio formidável.

o modelo de física nuclear da equipe de interações de neutrinos com um único núcleo e um par deles é o mais preciso até agora. “Nossa é a primeira abordagem para modelar essas interações em um nível microscópico”, disse Rocco. “Aproximações anteriores não foram tão boas.”

uma das principais descobertas da equipe, baseada em cálculos realizados no agora aposentado supercomputador Mira na Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), foi que a interação de par de núcleos é crucial para modelar interações de neutrinos com núcleos com precisão. A ALCF é um escritório DOE de Ciência user Facility.

“Quanto maior o núcleo no detector, maior a probabilidade de os neutrinos interagirem com eles”, disse Lovato. “No futuro, pretendemos alargar o nosso modelo de dados da maior núcleos, a saber, os de oxigênio e argônio, em suporte de experimentos planejados no Japão e estados unidos”.

Rocco acrescentou que “Para os cálculos, vamos confiar ainda mais poderoso ALCF computadores, existentes Theta sistema e futuros exascale, máquina de Aurora.”

cientistas esperam que, eventualmente, uma imagem completa irá emergir das oscilações de sabor para neutrinos e suas antipartículas, chamadas de “antineutrinos”.”Esse conhecimento pode lançar luz sobre por que o universo é construído a partir da matéria em vez de antimatéria—uma das questões fundamentais sobre o universo.

O papel, intitulado “Ab Initio Estudo de (νℓ,ℓ−) e (νℓ,ℓ+) Inclusivo Dispersão em C12: Confrontar o MiniBooNE e T2K CCQE de Dados,” é publicada em Física de Revisão X. Além de Rocco e Lovato, os autores incluem J. Carlson (Laboratório Nacional de Los Alamos), S. Gandolfi (Laboratório Nacional de Los Alamos), e R. Schiavilla (Old Dominion University/Jefferson Lab).