Argon. Det är runt omkring oss. Det är i luften vi andas, glödlampor vi läser av och plasmaglobbar som många av oss lekte med som barn.

I flytande form, argon är också ett billigt och effektivt mål för neutrinofysiska experiment. Den 21 februari kl. forskare vid Fermilab började kyla ner ICARUS-den största partikeldetektorn i laboratoriets Short-Baseline Neutrino-program-och fyllde den med 760 ton flytande argon, flyttar ICARUS närmare driften och sökandet efter en fjärde typ av neutrino.

"Neutrino-programmet med kort baslinje är fantastiskt eftersom det äntligen kommer att lösa långvariga avvikande resultat i neutrino-mätningar, "sa Robert Wilson, biträdande talesperson för ICARUS och professor i fysik vid Colorado State University.

"Neutrinoer är en grundläggande och riklig del av vårt universum:vi vet fortfarande för lite om dem, och detta håller mig mycket intresserad av att fortsätta söka i deras fastigheter, "tillade Carlo Rubbia, Nobelpristagare och ICARUS -talesman.

För över 20 år sedan, forskare vid Los Alamos National Laboratory hittade fler elektronantineutrinoer än de förväntade sig i sina resultat från Liquid Scintillator Neutrino Detector. I ett uppföljningsexperiment mer än 10 år senare, forskare på MiniBooNE -experimentet på Fermilab observerade en liknande inkonsekvens och avslöjade en ny anomali i sina neutrino -data.

Forskare undrar om detta var mer än en slump.

En fjärde typ av neutrino

Det är väl etablerat att de tre kända neutrino-typerna-elektron, muon och tau - oscillerar, eller ändra, in i varandra. För att studera dessa svängningar och hur de händer, forskare behöver neutrinoer för att interagera med något. För ICARUS, det ämnet är flytande argon.

I ICARUS -experimentet en neutrino-stråle av muontyp kommer att interagera med flytande argon och bör, i teorin, producerar mestadels laddade partiklar som kallas muoner. (En neutrino-stråle av elektrontyp bör mestadels producera elektroner.) Men givet resultat från Liquid Scintillator Neutrino Detector och MiniBooNE, detta är bara en del av historien, och ICARUS tänker fylla luckorna.

"Tänk om neutrinoerna pendlar till en neutrino som inte interagerar alls, inte ens lite som andra neutrinoer gör? "sa Wilson." Detta är inte en naturlig förlängning av neutrino -teorin, men det kan förklara LSND- och MiniBooNE -resultaten. "

En sådan fjärde typ av neutrino, till skillnad från de andra, skulle inte förändras till en komplementär laddad partikel vid interaktion i en detektor. Faktiskt, det skulle inte interagera alls. Med kvantmekanik, dock, denna så kallade sterila neutrino kan fortfarande svänga mellan neutrintyper och förändra oscillationsmönstret som ICARUS kommer att observera.

Upptäckten av en steril neutrino skulle öka standardmodellen för subatomära partiklar och påverka vår förståelse för hur universum har utvecklats.

Från fyllning till balk

ICARUS optimala läge, storlek och detektormaterial gör det unikt känsligt för att upptäcka neutrinoer som skulle visa denna oscillationseffekt. Om ICARUS-forskare hittar fler elektronneutriner i sin neutronstråle av muontyp än förväntat, de skulle äntligen ha konkreta bevis på sterila neutrinoer.

ICARUS mätningar kommer också att informera om hur långa baslinje neutrino experiment samlar in och analyserar data. Till exempel, forskares erfarenhet av ICARUS kommer att informera de mycket större, internationellt Deep Underground Neutrino Experiment, värd av Fermilab. ICARUS vätskeargondetekteringsteknik kommer att anpassas för DUNE, som kommer att använda 70, 000 ton flytande argon för att studera de tre kända neutrino -typerna och hur de förändras från en till en annan.

"ICARUS har kommit långt från sin uppfattning och datatagande vid Gran Sasso -laboratoriet i Italien och närmar sig nu en ny fas av datainsamling här på Fermilab. Jag är glad över att se entusiasmen hos en yngre generation av forskare nu vid arbeta med detta experiment, "Sa Rubbia.

Det kommer att ta cirka åtta veckor att fylla ICARUS med flytande argon. När detektorn är fylld, forskare kommer att kontrollera dess stabilitet och argons renhet. Sedan, de kommer att slå på strömmen för första gången sedan ICARUS tog sig till Fermilab över Atlanten. De räknar med att se första partikelspår senare i år.