Эксперимент NOvA по исследованию нейтрино начался

Нейтрино — одни из самых неуловимых и интересных субатомных частиц, которые ученые пытаются изучать. Лучшее понимание этих крохотных, слабо взаимодействующих частиц может открыть новые области науки и помочь нам понять природу Вселенной. Пара объектов, расположенных на расстоянии 800 километров друг от друга на среднем западе США, могут стать первым шагом в этом процессе. Спустя пять лет строительства эксперимент NOvA готов к изучению нейтрино, пока они пролетают эти 800 километров в мгновение ока.

Нейтрино сложно изучать, поскольку из-за самой своей природы они редко взаимодействуют с другими формами материи. Они были обнаружены лишь в середине 20 века, когда им дали название, означающее «маленькие и нейтральные» на итальянском. Нет никакого способа хранить нейтрино для долгосрочных исследований, поскольку для нейтрино ни одно вещество не является твердым. Нейтрино могут проходить через километры твердой материи практически бесследно. Иногда, правда, нейтрино попадает в ядро атома и отклоняется. Именно такое столкновение и будет изучать NOvA.

Эксперимент NOvA использует слабое взаимодействие нейтрино, которое позволяет им проходить через Землю из одной точки в другую — в этом случае из лаборатории Ферми в Батавии к массивному детектору в Эш Ривер, Миннесота, рядом с канадской границей. 14 000-тонный детектор в Миннесоте не намного тверже для нейтрино, чем земная кора, поэтому лаборатория Ферми будет отправлять большое количество нейтрино прямо в детектор. Инструмент детектора на самом деле состоит из слоев поливинилхлорида (ПВХ), заполненных жидкостью, которая излучает свет при попадании нейтрино. Лаборатория Ферми считает, что дальний детектор NOvA может быть самой крупной отдельно стоящей пластиковой структурой в мире.

Каждую секунду эксплуатации в ближайшие шесть лет или около того ученые будут отправлять триллионы нейтрино в сторону северной Миннесоты, чтобы обнаружить хотя бы горстку взаимодействий. Детектор NOvA находится в отдаленном районе северной Миннесоты, поскольку детекторы должны быть чрезвычайно чувствительны, чтобы увидеть редкие нейтринные взаимодействия. Даже на расстоянии многих километров от электромагнитного шума цивилизации космические лучи мешают детектору обнаруживать нейтрино. Хотя, возможно, у ученых есть преимущество: они точно знают, откуда и сколько нейтрино выходит, их энергетический уровень и точное время, когда каждое из них должно пройти через детектор.

В чем смысл всего этого? NOvA специально настроен для исследования того, как нейтрино переключаются между тремя различными состояниями в течение определенного времени. Это может помочь нам ответить на один из главных вопросов в физике: почему существует что, а не ничего? После Большого Взрыва возник определенный дисбаланс в количестве вещества и антивещества, что помешало юной вселенной аннигилировать в ноль, но почему? Нейтрино могут быть причиной, но ученым нужно больше данных, чтобы проработать детали.