I mer än tre år har forskare på NOvA -samarbetet har observerat partiklar som kallas neutrinos när de pendlar från en typ till en annan över ett avstånd på 500 miles. Nu, i ett nytt resultat som presenterades idag på Neutrino 2018 -konferensen i Heidelberg, Tyskland, samarbetet har meddelat sina första resultat med hjälp av antineutrinos, och har sett starka tecken på att muon -antineutrinos oscillerar till elektronantineutrinoer över långa avstånd, ett fenomen som aldrig har entydigt observerats.

NOvA, baserat på U.S. Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory, är världens längsta neutrino-experiment med baslinjen. Dess syfte är att upptäcka mer om neutrinoer, spöklika men ändå rikliga partiklar som rör sig genom materia mestadels utan att lämna spår. Experimentets långsiktiga mål är att leta efter likheter och skillnader i hur neutrinoer och antineutrinoer ändras från en typ-i det här fallet, muon - till en av de två andra typerna, elektron eller tau. Precis mäta denna förändring i både neutrinoer och antineutrinos, och sedan jämföra dem, kommer att hjälpa forskare att låsa upp de hemligheter som dessa partiklar har om hur universum fungerar.

NOvA använder två stora partikeldetektorer - en mindre vid Fermilab i Illinois och en mycket större en 500 mil bort i norra Minnesota - för att studera en partikelstråle som genereras av Fermilabs acceleratorkomplex och skickas genom jorden, utan tunnel krävs.

Det nya resultatet är hämtat från NOvA:s första körning med antineutrinos, antimateria -motsvarigheten till neutrinoer. NOvA började studera antineutrinos i februari 2017. Fermilabs acceleratorer skapar en stråle av muonneutrinoer (eller muonantineutrinos), och NOvAs fjärrdetektor är speciellt utformad för att se de partiklar som förändras till elektronneutrinoer (eller elektronantineutrinoer) på deras resa.

Om antineutrinos inte oscillerade från muontyp till elektrontyp, forskare skulle ha förväntat sig att bara spela in fem elektronantineutrino -kandidater i NOvA -fjärrdetektorn under denna första körning. Men när de analyserade data, de hittade 18, ger starkt bevis på att antineutrinos genomgår denna svängning.

"Antineutrinos är svårare att göra än neutrinoer, och de är mindre benägna att interagera i vår detektor, "sa Fermilabs Peter Shanahan, medordförande för NOvA-samarbetet. "Den här första datamängden är en bråkdel av vårt mål, men antalet oscillationshändelser vi ser är mycket större än vi skulle förvänta oss om antineutrinos inte oscillerade från muontyp till elektron. Det visar den inverkan som Fermilabs partikelstråle med hög effekt har på vår förmåga att studera neutrinoer och antineutrinos. "

Även om antineutrinos är kända för att svänga, förändringen till elektronantineutrinoer över långa avstånd har ännu inte definitivt observerats. T2K -experimentet, ligger i Japan, tillkännagav att det hade observerat tips om detta fenomen under 2017. NOvA och T2K -samarbetet arbetar mot en kombinerad analys av deras data under de kommande åren.

"Med detta första resultat med hjälp av antineutrinos, NOvA har gått in i nästa fas av sitt vetenskapliga program, "sade biträdande direktör för hög energifysik vid Department of Energy Office of Science Jim Siegrist." Jag är glad över att se detta viktiga experiment fortsätta att berätta mer om dessa fascinerande partiklar. "

NOvA:s nya antineutrino -resultat åtföljer en förbättring av dess analysmetoder, vilket leder till en mer exakt mätning av dess neutrino -data. Från 2014 till 2017, NOvA såg 58 kandidater för interaktioner från muonneutriner som ändrades till elektronneutriner, och forskare använder dessa data för att gå närmare att avslöja några av de knottigaste mysterierna med dessa svårfångade partiklar.

Nyckeln till NOvA:s vetenskapsprogram är att jämföra hastigheten med vilken elektronneutrinoer visas i fjärrdetektorn med den hastighet som elektronantineutrinoer visas. En exakt mätning av dessa skillnader gör att NOvA kan uppnå ett av sina huvudsakliga vetenskapliga mål:att avgöra vilken av de tre typerna av neutrinoer som är den tyngsta och vilken som är den lättaste.

Neutrinos har visat sig ha massa, men forskare har inte kunnat mäta den massan direkt. Dock, med tillräckligt med data, de kan bestämma de relativa massorna av de tre, ett pussel som kallas massordning. NOvA arbetar mot ett definitivt svar på denna fråga. Forskare på experimentet kommer att fortsätta studera antineutrinos till 2019 och, under de följande åren, kommer så småningom att samla lika stora mängder data från neutrinos och antineutrinos.

"Den här första datauppsättningen från antineutrinos är bara en början på det som lovar att bli en spännande körning, "sade NOvA:s talesperson Tricia Vahle från William &Mary." Det är tidiga dagar, men NOvA ger oss redan nu ny inblick i neutrinos och antineutrinos många mysterier. "