Neutrinos är lika mystiska som de är allestädes närvarande. En av de mest förekommande partiklarna i universum, de passerar genom det mesta obemärkt. Deras massor är så små att inget experiment hittills har lyckats mäta dem, medan de färdas med nästan ljusets hastighet.

Neutrinoexperimentet MicroBooNE vid energidepartementets Fermilab har publicerat en ny mätning som hjälper till att måla ett mer detaljerat porträtt av neutrinon. Denna mätning riktar sig mer exakt till en av processerna som härrör från interaktionen mellan en neutrino och en atomkärna, en med ett fint namn:laddad-ström kvasielastisk spridning.

Fysiker har ägnat mycket tid åt att utforska egenskaperna hos dessa osynliga partiklar. 1962, de upptäckte att neutriner finns i mer än en typ, eller smak. I slutet av århundradet, forskare hade identifierat tre smaker och upptäckte också att neutriner kunde byta smak genom en process som kallas oscillation. Detta överraskande faktum representerar en revolution inom fysiken:det första kända beviset för fysik bortom den extremt framgångsrika standardmodellen.

Med tanke på överflöd av obesvarade frågor relaterade till dessa svårfångade partiklar, neutrinofysiken är på väg att gå in i en ny era av högprecisionsmätningar, där kommande experiment kommer att försöka extrahera oscillationsparametrarna med oöverträffad noggrannhet. Dessa experiment kommer att använda toppmoderna detektorer för att mäta neutrinointeraktioner. För att experimenten ska bli en framgång, noggrann modellering av neutrinon-kärna-interaktioner i deras simuleringar är ett måste.

Vätska-argon tidsprojektionskammare är kraftfulla partikeldetektorer som gör att vi kan studera neutrino-interaktioner i detalj, och dessa mätningar kan användas för att jämföra giltigheten av neutrinointeraktionsmodeller i nuvarande simuleringar. Neutrinoexperimentet MicroBooNE är det första storskaliga operationsexperimentet på Fermilab som använder denna nya detektorteknologi. Den har redan samlat en mängd neutrinospridningshändelser under de senaste fem åren.

När en neutrino interagerar med en kärna, den kan producera en muon (en kusin till elektronen) och en proton genom kvasielastisk spridning med laddad ström, eller CCQE-spridning. MicroBooNE publicerad i Fysiska granskningsbrev den första mätningen av CCQE-liknande interaktioner på argon för händelser som producerar en enda myon och en enda proton, men inga laddade pioner – en annan sorts subatomär partikel som ofta uppstår från neutrinointeraktioner med materia. Denna mätning begränsar beräkningar som är väsentliga för framtida mätningar och identifierar regioner där förbättring av teoretiska modeller krävs.

Detta resultat är av stor betydelse för alla framtida neutrinoscillationsexperiment som kommer att använda argon-måldetektorer, såsom experiment av Short-Baseline Neutrino-programmet och det internationella Deep Underground Neutrino Experiment, båda värdar Fermilab, som kommer att förlita sig på exakt modellering av neutrinointeraktioner på argon för att nå deras projicerade känslighet.