NOvA-experimentet, mest känd för sina mätningar av neutrinoscillationer med partikelstrålar från Fermilab-acceleratorer, har vänt blicken mot himlen, undersöker fenomen som sträcker sig från supernovor till magnetiska monopoler. Till stor del tack vare moderna datormöjligheter, forskare kan samla in och analysera data för dessa ämnen samtidigt, såväl som för det primära neutrinoprogrammet vid det amerikanska energidepartementets Fermilab, var den är baserad.

De mest dramatiska astrofysiska fenomenen som NOvA studerar är supernovor. När en massiv stjärna kollapsar, den frigör 99 % av sin energi i en skur av neutriner. Den andra 1% blir en synlig supernova, tillräckligt ljus för att överglänsa en hel galax. Medan neutrinerna bär mycket mer energi än ljuspartiklarna, kallas fotoner, de svårfångade neutrinerna är mycket svårare att observera. Hundratals supernovor av synligt ljus upptäcks varje år, men bara en sedan neutrinodetektorernas tidevarv har varit nära nog att ha setts genom dess neutrinosignatur:SN 1987A, i en satellitgalax i vår Vintergatan.

Båda NOvA:s partikeldetektorer – närdetektorn vid Fermilab och fjärrdetektorn i norra Minnesota – kan detektera neutriner som genereras av supernovor. Varje supernova-neutrino-signatur skulle verka mycket mindre än den från en acceleratorgenererad neutrinostråle, men det skulle ändå kunna observeras. Om en supernova skulle födas i vår galax, NOvA's 14, 000-tons fjärrdetektor skulle se tusentals av dessa neutriner i en skur på några sekunder, och 300-ton nära detektor dussintals.

I en ny artikel som kommer att publiceras i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, NOvA-samarbetet beskriver systemet som kommer att användas för att trigga på en sådan burst. På grund av sällsyntheten hos närliggande supernovor och det höga värdet av neutrinodata, NOvA använder flera redundanta system för att säkerställa insamlingen av supernovadata. Förutom att köra en kontinuerlig realtidssökning efter en skur av neutriner i sin egen data, NOvA prenumererar på Supernova Early Warning System, eller SNEWS, ett nätverk av neutrinoexperiment som varnar varandra när två av dem ser supernovaliknande aktivitet samtidigt. NOvA prenumererar också på varningar som skickas av LIGO/Virgo-samarbetet när en gravitationsvågshändelse observeras, behandla var och en som en potentiell källa till intressanta data. Eftersom gravitationsvågsastronomi är helt ny, det finns stor potential för överraskningar.

Den enklaste modellen som förklarar de flesta gravitationsvåghändelser - svarta hål som smälter samman i vakuum - förutsäger inte partikelutsläpp. Men om de svarta hålen smälte samman i ett gasformigt medium, partiklar skulle accelereras, kan leda till en observerbar signal. Andra mer exotiska alternativa modeller som förklarar några gravitationsvåghändelser kan också ge en explosion av partiklar som är synliga för NOvA.

Ett annat scenario som kan utlösa NOvA är ett fall av felaktig identitet, en där en supernova felidentifieras som en gravitationsvåghändelse med svart hål. Samarbetet genomförde en sökning efter eventuella utsläpp som var synliga för NOvA, allt från supernovaliknande neutrinos upp till högenergipartikelduschar som är tillräckligt stora för att lysa upp hela den bortre detektorn. Hittills, med hjälp av två dussin gravitationsvåghändelser som rapporterats fram till mitten av 2019, NOvA har inte hittat någon indikation på en signal. Detta resultat visas i Fysisk granskning D . NOvA kommer att fortsätta att granska händelser allt eftersom de rapporteras. Med kapaciteten hos gravitationsvågsdetektorer som kommer att förbättras snabbt under de närmaste åren, det kommer att finnas många fler möjligheter att delta i nya upptäckter.

Närmare hemmet, NOvA:s underjordiska näradetektor har använts för att undersöka säsongsvariationen av kosmiska strålmyoner under jorden. Kosmiska strålar är partiklar från yttre rymden som ständigt regnar ner från himlen. De kolliderar med partiklar i den övre atmosfären, producerar myoner. Antalet myoner påverkas av atmosfäriska förhållanden, och det totala antalet myoner som når underjordiska detektorer är högre på sommaren. Sommarens mindre täta atmosfär gynnar produktionen av myoner, medan den tätare vinteratmosfären tenderar att försämra energin hos muonernas moderpartiklar. NOvA är det andra experimentet, efter sin föregångare MINOS, att observera att denna säsongsmässiga korrelation vänds när par av myoner anländer samtidigt, istället för ensamma myoner, räknas. Dessa är vanligare på vintern av skäl som inte är väl förstådda.

NOvA använder också sin stora fjärrdetektor för att leta efter andra exotiska kosmiska fenomen. I en ny tidning om arXiv, samarbetet rapporterar om ett sökande efter magnetiska monopoler. Dessa hypotetiska partiklar bär en enda magnetisk laddning - antingen en nord- eller en sydpol, men inte båda. Aldrig observerat, förekomsten av monopoler skulle hjälpa till att knyta samman grundläggande teorier inom fysiken, samt ge en tillfredsställande symmetri till Maxwells ekvationer som beskriver elektromagnetism. Magnetiska monopoler kan vara en sällsynt komponent i kosmiska strålar, och NOvA fjärrdetektorn är en mycket kapabel kosmisk stråldetektor, kunna observera detaljerade partikelspår. Till skillnad från de flesta tidigare neutrinodetektorer och många tidigare monopoldetektorer, den är inte underjordisk. Detta betyder att om monopoler visar sig vara relativt långsamma och lätta partiklar, de skulle nå NOvA, till skillnad från detektorer som använts i tidigare sökningar. Med hjälp av en liten uppsättning tidiga data, NOvA-forskare sökte efter monopoler i ett massintervall som aldrig tidigare sökts. De såg ingen, utesluter ett stort flöde av lätta monopoler. De kommer att undersöka ytterligare data för att skärpa dessa gränser eller, bara kanske, att upptäcka den svårfångade partikeln.

Naturens kosmiska acceleratorer fortsätter att tillhandahålla intressant fysik för NOvA-samarbetet att studera.