Laddade partiklar, som protoner och elektroner, kan kännetecknas av spåren av atomer som dessa partiklar joniserar. I kontrast, neutrinoer och deras antipartikelpartners joniserar nästan aldrig atomer, så deras interaktioner måste sammanfogas av hur de bryter kärnor isär.

Men när uppbrottet producerar en neutron, den kan tyst ta bort en kritisk information:en del av antineutrino -energin.

Fermilabs MINERvA -samarbete publicerade nyligen ett dokument för att kvantifiera neutroner som produceras av antineutrinos som interagerar på ett plastmål.

Hur antineutrinos förändras mellan sina olika typer kan hjälpa till att förklara varför det moderna universum domineras av materia. Den mest lovande modellen för hur detta beteende relaterar partiklar och antipartiklar beror på antineutrino -energi. Dock, neutroner kan lämna hål i pusslet om en antineutrinos identitet eftersom de bär bort energi och produceras i olika mängder av neutrinoer och antineutrinos. Detta MINERvA -resultat syftar till att förbättra förutsägelser om hur neutroner kan påverka nuvarande och framtida neutrinoexperiment, inklusive det internationella Deep Underground Neutrino Experiment, värd av Fermilab.

I den här studien, MINERvA letade efter antineutrino -interaktioner som producerar neutroner. Antineutrino -interaktionerna som MINERvA -studier ser ut som en eller flera spår av joniserade atomer som alla pekar tillbaka till en enda kärna. Till skillnad från laddade partiklar, neutroner kan färdas många tiotals centimeter från en antineutrino -interaktion innan de upptäcks. Så, MINERvA -samarbetet kännetecknade neutronaktivitet som fickor av joniserade atomer som var rymligt isolerade från både laddade partikelspår och interaktionspunkten.

En antineutrino -interaktion kan producera andra typer av neutrala partiklar, som kan förfalska en neutroninteraktion, och laddade partiklar, som kan förvirra en mätning av neutroner genom att själva mata ut neutroner från kärnor. Dessutom, när dessa laddade partiklar har låg fart, de kan hamna i en joniseringsmassa för nära interaktionspunkten för att räknas separat som också maskerar bevis för neutrala partiklar. Så, neutroner kan räknas mer exakt i antineutrino -interaktioner som producerar få ytterligare partiklar. MINERvA -forskare använde bevarande av momentumberäkningar för att undvika interaktioner som producerade många laddade partiklar.

Andra experimentmätningar av neutroner från antineutrinos har väntat på att varje neutron ska tappa det mesta av sin energi innan den kan räknas. Dock, neutroner från MINERvA:s antineutrino -prov har tillräckligt med energi för att slå ut andra neutroner från kärnor de kolliderar med. Denna kedjereaktion förändrar både de ursprungliga neutronernas energier och antalet detekterade neutroner. Detta resultat fokuserar på tecken på neutroner inom tiotals nanosekunder av en antineutrino -interaktion.

Genom att förstå neutronproduktion i samklang med MINERvAs karakterisering av antineutrino -interaktioner på många kärnor, framtida oscillationsstudier kan kvantifiera hur oupptäckta neutroner kan påverka deras slutsatser om skillnaderna mellan neutrinos och antineutrinos.