Neutrinos är de lättaste av alla kända partiklar som har massa. Ändå kan deras beteende när de reser hjälpa till att besvara ett av fysikens största pussel:varför dagens universum består mest av materia när Big Bang borde ha producerat lika mycket materia och antimateria. I två senaste tidningar, NA61/SHINE-samarbetet rapporterar partikelmätningar som är avgörande för acceleratorbaserade experiment som studerar sådant neutrino-beteende.

Neutrinos finns i tre typer, eller "smaker, "och neutrino -experiment mäter med allt större detalj hur de och deras antimateria -motsvarigheter, antineutrinos, "oscillera" från en smak till en annan medan de reser. Om det visar sig att neutrinos och antineutrinos oscillerar på ett annat sätt från varandra, detta kan delvis bero på den nuvarande obalansen mellan materia och antimateria.

Acceleratorbaserade neutrinoexperiment letar efter neutrinooscillationer genom att producera en stråle neutrinoer med en smak och mäta strålen efter att den har rest en lång sträcka. Neutrino-strålarna produceras vanligtvis genom att skjuta en stråle med högenergiprotoner till långa, tunna kol- eller berylliummål. Dessa proton -mål -interaktioner producerar hadroner, såsom pioner och kaoner, som är fokuserade med magnetiska aluminiumhorn och riktade in i långa tunnlar, där de omvandlas till neutrinoer och andra partiklar.

För att få en tillförlitlig mätning av neutrinooscillationerna, forskarna som arbetar med dessa experiment måste uppskatta antalet neutrinoer i strålen före oscillation och hur detta antal varierar med partiklarnas energi. Att uppskatta detta "neutrino flöde" är svårt, eftersom neutriner interagerar mycket svagt med andra partiklar och inte kan mätas enkelt. För att komma runt detta, forskare uppskattar istället antalet hadroner. Men att mäta antalet hadroner är också utmanande, eftersom det finns för många av dem för att mäta exakt.

Det är här experiment som NA61/SHINE vid CERNs Super Proton Synchrotron kommer in. NA61/SHINE kan reproducera proton -mål -interaktioner som genererar hadronerna som omvandlas till neutrinoer. Det kan också reproducera efterföljande interaktioner som protoner och hadroner genomgår i målen och fokuseringshornen. Dessa efterföljande interaktioner kan producera ytterligare neutrino-producerande hadroner.

NA61/SHINE-samarbetet har tidigare mätt hadroner som genererats i experiment med 31 GeV/c-protonenergi (där c är ljusets hastighet) för att hjälpa till att förutsäga neutrinflödet i Tokai-till-Kamioka (T2K) neutrino-oscillationsexperimentet i Japan . Samarbetet har också samlat in data på 60 och 120 GeV/c -energier för att gynna MINERνA, NOνA och DUNE -experiment på Fermilab i USA. Analysen av dessa datamängder går bra och har senast lett till två uppsatser:en som beskriver mätningar av interaktioner mellan protoner och kol, beryllium och aluminium, och en annan rapporterande mätning av interaktioner mellan pioner och kol och beryllium.

"Dessa resultat är avgörande för Fermilabs neutrino -experiment, säger Laura Fields, en NA61/SHINE-samarbetsmedlem och med-talesperson för MINERνA. "För att förutsäga neutrinoflödena för dessa experiment, forskare behöver en extremt detaljerad simulering av hela strållinjen och alla interaktioner som sker inom den. För den simuleringen måste vi veta sannolikheten för att varje typ av interaktion kommer att hända, partiklarna som kommer att produceras, och deras egenskaper. Så interaktionsmätningar som de senaste kommer att vara avgörande för att göra dessa simuleringar mycket mer exakta, "förklarar hon.

"Tittar in i framtiden, NA61/SHINE kommer att fokusera på mätningar för nästa generation av neutrino-oscillationsexperiment, inklusive DUNE och T2HK i Japan, att göra det möjligt för dessa experiment att producera högprecisionsresultat inom neutrinofysik, "Fields avslutar.