Matthew Green är biträdande professor i fysik vid NC State. Han var involverad i ett multinstitutionellt forskningsprojekt som syftar till att upptäcka en process som kallas Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS). Projektet lyckades, och dess fynd visas i Vetenskap . Matthew gick med på en fråga med The Abstract om projektet och dess resultat.

Sammanfattning:Vad är en neutrino? Vad kan studera neutriner berätta om universum?

Grönt:Neutrinos är några av de grundläggande elementära partiklarna som utgör vårt universum. När det gäller antal, de är rikare än alla andra materiepartiklar i vårt universum tillsammans. De har små små massor, mindre än en miljonedel av massan av elektroner; de är så små i själva verket att vi än så länge inte har kunnat mäta dem exakt, fastställ bara övre gränser för dem. Under de senaste 20 åren har det fastställts att även om de är små, deras massor är inte noll (till skillnad från fotoner, partiklarna som bildar ljus). Varför neutrinoer är så lätta är lite av ett mysterium, och kan peka på ny fysik som kan förklara varför vi lever i ett universum som har så mycket materia i sig och så lite anti-materia, när vår nuvarande förståelse säger att materia och antimateria tidigt borde ha producerats i lika stora mängder, och utplånade varandra när vårt universum utvecklades.

TA:Varför är neutrinoer så svåra att upptäcka?

Grönt:Av de fyra grundkrafter som beskriver hur partiklar interagerar med varandra (elektromagnetism, stark kraft, svag kraft, allvar), neutrinoer interagerar bara via den lämpligt namngivna svaga kraften och (ännu svagare) gravitationskraften. På grund av detta, neutrino -interaktioner med materia är sällsynta; biljoner neutrinoer från solen passerar genom din kropp varje sekund, och nästan alla dessa kommer att resa genom dig, och genom jorden, helt oförminskat. Om du ville bygga en vägg av stål för att skydda dig från neutrinoer som solen avger, den skulle behöva vara över ett ljusår (~ 6 biljoner miles) tjock!

TA:Du var involverad i ett projekt för att bygga en mindre neutrino -detektor - hur skiljer sig den här nya detektorn från de som använts tidigare?

Grönt:Vårt mål var att för första gången upptäcka en process som kallas Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS), i vilken en neutrino kolliderar med en atomkärna och om förhållandena är rätt (neutrinos energi är tillräckligt låg) interagerar neutrino med hela kärnan på en gång istället för en enda proton eller neutron i kärnan. Som ett resultat är tvärsnittet för denna interaktion (ett partikelfysiskt mått på hur sannolikt en interaktion kommer att inträffa) enormt - relativt neutrino i alla fall. Problemet är att det enda sättet att upptäcka interaktionen är genom att leta efter kärnans signatur som blir utslagen av neutrino. Eftersom neutrino måste vara låg på energi, rekylkärnan måste vara ännu lägre; tänk dig att kasta en pingisboll på en bowlingboll och leta efter bowlingbollen att röra på sig. Om du kan bygga en detektor som kan mäta tillräckligt låga energikärnvapen, då kan den detektorn vara ganska liten (vår i detta arbete väger cirka 30 pund) men kan fortfarande upptäcka neutriner genom denna CEvNS -process.

TA:Vad var ditt engagemang i projektet? Den mest minnesvärda aspekten av verket?

Grönt:En av förutsägelserna som standardmodellen gör för CEvNS -interaktionen är hur tvärsnittet ska förändras från en målkärna till nästa. Av den anledningen, vi använder en uppsättning olika detektorer gjorda av olika material så att vi kan testa den förutsägelsen. På NC State, vi monterar en uppsättning germaniumbaserade detektorer som normalt används för att detektera gammastrålning, som kommer att distribueras vid Spallation Neutron Source (SNS) som ligger vid Oak Ridge National Labs senare i år. Dessa germaniumdetektorer, förutom att vara ett annat målmaterial, låter oss mäta CEvNS -processen med förbättrad precision.

TA:Fanns det några överraskande fynd från detektorn? Vilka frågor kommer du att försöka svara på framöver?

Grönt:Vår mätning av CEvNS var, inom osäkerheten i mätningen, vad som förutsades av vår förståelse av neutrinoer och partikelfysik, så inget särskilt överraskande där. Det som var mest förvånande för oss var hur stor en experimentell plats Spallation Neutron Source var för oss. Vi kunde identifiera en plats i SNS -målbyggnaden där vi är nära där neutrinoerna skapas, så vi får massor av neutriner som flyger genom våra detektorer, men också där det finns mycket avskärmning från andra högenergipartiklar som skapas i målet som skulle överväldiga våra detektorer och göra det svårt att se neutrinosignalerna som vi letar efter. Vi kunde göra en bättre mätning än vi trodde var möjligt, och är mycket glada över de mätningar som vi kommer att kunna göra där inom en snar framtid.