forskare hänvisar ofta till neutrino som ” spökpartikeln.”Neutrinos var en av de mest rikliga partiklarna vid universums ursprung och förblir så idag. Fusionsreaktioner i solen producerar stora härar av dem, som häller ner på jorden varje dag. Biljoner passerar genom våra kroppar varje sekund och flyger sedan genom jorden som om den inte var där.

” medan de först postulerades för nästan ett sekel sedan och först upptäcktes för 65 år sedan, förblir neutriner höljda i mysterium på grund av deras motvilja mot att interagera med materia”, säger Alessandro Lovato, en kärnfysiker vid US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory.

Lovato är medlem i ett forskargrupp från fyra nationella laboratorier som har konstruerat en modell för att ta itu med ett av de många mysterierna om neutriner—hur de interagerar med atomkärnor, komplicerade system gjorda av protoner och neutroner (”nukleoner”) bundna av den starka kraften. Denna kunskap är avgörande för att lösa en ännu större mysterium-varför under sin resa genom rymden eller materia neutriner magiskt förvandlas från en till en annan av tre möjliga typer eller ”smaker.”

för att studera dessa svängningar har två uppsättningar experiment genomförts vid does Fermi National Accelerator Laboratory (MiniBooNE och NOvA). I dessa experiment genererar forskare en intensiv ström av neutriner i en partikelaccelerator och skickar dem sedan till partikeldetektorer under en lång tidsperiod (MiniBooNE) eller femhundra mil från källan (NOvA).

genom att känna till den ursprungliga fördelningen av neutrino-smaker samlar experimentalisterna sedan data relaterade till neutrinos interaktioner med atomkärnorna i detektorerna. Från den informationen kan de beräkna eventuella förändringar i neutrino-smakerna över tid eller avstånd. När det gäller MiniBooNE-och NOvA-detektorerna är kärnorna från isotopen carbon-12, som har sex protoner och sex neutroner.

”vårt team kom in i bilden eftersom dessa experiment kräver en mycket exakt modell av Neutrinos interaktioner med detektorkärnorna över ett stort energiområde”, säger Noemi Rocco, en postdoc i Argonnes Fysikavdelning och Fermilab. Med tanke på Neutrinos elusiveness är det en formidabel utmaning att uppnå en omfattande beskrivning av dessa reaktioner.

lagets kärnfysikmodell av neutrino-interaktioner med en enda nukleon och ett par av dem är den mest exakta hittills. ”Vårt är det första sättet att modellera dessa interaktioner på en sådan mikroskopisk nivå”, säger Rocco. ”Tidigare tillvägagångssätt var inte så finkorniga.”

ett av lagets viktiga fynd, baserat på beräkningar utförda på den nu pensionerade Mira-superdatorn vid Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), var att nukleonparinteraktionen är avgörande för att modellera neutrino-interaktioner med kärnor exakt. ALCF är en DOE Office of Science Användaranläggning.

”ju större kärnorna i detektorn är, desto större är sannolikheten för att neutrinerna kommer att interagera med dem”, säger Lovato. ”I framtiden planerar vi att utvidga vår modell till data från större kärnor, nämligen de av syre och argon, till stöd för experiment som planeras i Japan och USA ”

Rocco tillade att ” för dessa beräkningar kommer vi att förlita oss på ännu kraftfullare ALCF-datorer, det befintliga Theta-systemet och kommande exascale-maskin, Aurora.”

forskare hoppas att så småningom kommer en fullständig bild att uppstå av smakoscillationer för både neutrinos och deras antipartiklar, kallade ”antineutrinos.”Den kunskapen kan belysa varför universum är byggt av materia istället för antimateria—en av de grundläggande frågorna om universum.

papperet, med titeln ” ab Initio Study of (bisexual, Australia -) och (Australia, Australia+) inkluderande spridning i C12: konfrontera Miniboone och T2K CCQE data,” publiceras i Physical Review X. förutom Rocco och Lovato, författare inkluderar J. Carlson (Los Alamos National Laboratory), S. Gandolfi (Los Alamos National Laboratory), och R. Schiavilla (Old Dominion University/Jefferson Lab).