Experiment NOvA vidí přesvědčivý doklad oscilací antineutrin

NOvA, umístěná ve Fermiho národní urychlovačové laboratoři amerického ministerstva energetiky (Fermilab), je neutrinovým experimentem s nejdelší vzdáleností mezi detektory na světě. Jeho cílem je zjistit co nejvíce o neutrinech, takřka nepolapitelných leč všudypřítomných částicích, které prolétají hmotou takřka beze stop. Dlouhodobým cílem experimentu je pátrat po podobnostech a rozdílech v tom, jak se neutrina a antineutrina mění z jednoho typu, v tomto případě mionového, na jeden z ostatních dvou typů, elektronová nebo tauonová. Přesné měření těchto změn jak u neutrin, tak u antineutrin a jejich srovnání pomůže vědcům odhalit, jaká tajemství o fungování vesmíru tyto částice skrývají.

NOvA používá dva velké detektory částic, menší z nich je ve Fermilab v Illinois a druhý, mnohem větší, 800 km daleko v severní Minnesotě, ke studiu svazku částic vytvořeného urychlovačových komplexem ve Fermilab a poslaného skrz Zemi bez jakéhokoli tunelu.

Tento nový výsledek pochází z prvního běhu experimentu s antineutriny, antihmotovým protějškem neutrin. NOvA začala studovat antineutrina v únoru roku 2017. Fermilabské urychlovače vytvářejí svazek mionových neutrin (nebo mionových antineutrin) a vzdálený detektor experimentu NOvA je speciálně vytvořen tak, aby tyto částice měnící se na cestě mezi detektory v neutrina elektronová (nebo elektronová antineutrina) viděl.

Pokud antineutrina neoscilují z mionového typu na typ elektronový, vědci očekávali, že ve vzdáleném detektoru experimentu NOvA během tohoto prvního sběru dat uvidí pouze 5 kandidátů na elektronová antineutrina. Ale po analýze dat jich našli 18, což poměrně přesvědčivě ukazuje, že antineutrina této oscilaci podléhají.

„Antineutrina se vytvářejí obtížněji než neutrina a antineutrina také méně ochotně interagují v detektoru,“ řekl Peter Shanahan z Fermilabu, spolumluvčí experimentu NOvA. „Tato první sada dat je pouze zlomkem toho, co doufáme, že nabereme, ale počet pozorovaných oscilačních případů je podstatně větší, než jsme očekávali v případě, že antineutrina z mionového typu na elektronový neoscilují. To jasně ukazuje, jaký vliv má fermilabský vysokoenergetický svazek částic na naši schopnost studovat neutrina a antineutrina.“

Ačkoli se ví, že antineutrina oscilují, jejich změna na elektronová antineutrina na velkých vzdálenostech ještě nebyla přesvědčivě pozorována. Experiment T2K, nacházející se v Japonsku, v roce 2017 oznámil, že pozoroval pouze náznaky tohoto jevu. NOvA a T2K spolupracují na přípravě kombinací analýz jejich dat v nadcházejících letech.

„S tímto prvním výsledkem studia antineutrin se NOvA posunula do další fáze svého vědeckého programu,“ řekl Jim Siegrist, náměstek ředitele pro částicovou fyziku Úřadu pro vědu amerického ministerstva energetiky. „Jsem rád, že tento významný experiment pokračuje v odhalování dalších údajů o těchto fascinujících částicích.“

Nový antineutrinový výsledek experimentu NOvA je doprovázen vylepšením jeho analyzačních metod vedoucím k přesnějšímu měření neutrinových dat. Mezi roky 2014 a 2017 NOvA pozorovala 58 kandidátů interakcí mionových neutrin změněných na neutrina elektronová a vědci využívají tato data k dalšímu posunu při odhalování některých z nejsložitějších tajemství těchto těžko polapitelných částic.

Klíčem k vědeckému programu experimentu NOvA je srovnání četností, s jakou se ve vzdáleném detektoru objevují elektronová neutrina a elektronová antineutrina. Přesné měření tohoto rozdílu umožní experimentu NOvA dosažení jednoho z jeho hlavních vědeckých cílů: určení, který ze třech typů neutrin je nejtěžší a který nejlehčí.

Bylo prokázáno, že neutrina mají nenulovou hmotnost, ale vědci nebyli schopni tuto hmotnost přímo změřit. Avšak s dostatečným množstvím dat mohou určit vzájemné rozdíly hmot tří typů neutrin a rozluštit tak hádanku zvanou hierarchie hmot neutrin. NOvA směřuje k definitivnímu rozřešení této hádanky. Vědci z experimentu budou pokračovat ve studiu antineutrin až do roku 2019 a během následujících let případně naberou srovnatelná množství neutrinových a antineutrinových dat.

„Tato první sada antineutrinových dat je jen začátkem vzrušující fáze experimentu,“ řekla Tricia Vahle z College of William & Mary, spolumluvčí experimentu NOvA. „Zatím jsme na začátku, ale NOvA už nám dáva nové náhledy na mnohá tajemství neutrin a antineutrin.“

Mezinárodní spolupráce na experimentu zahrnuje více než 240 výzkumníků z téměř 50 institucí 7 zemí: Brazílie, Kolumbie, Česká republika, Indie, Rusko, Velká Británie a USA. Za ČR jsou členy vědci a studenti z následujících výzkumných institucí: Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Českého vysokého učení technického v Praze (FJFI ČVUT), Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR (FZÚ AV ČR), Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy (MFF UK) a Ústavu informatiky Akademie věd ČR (ÚI AV ČR).

Tým českých výzkumníků je podporován granty Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT ČR).

Tisková zpráva

Lokální kontakt:
Karel Soustružník, ÚČJF MFF UK
soustruz@ipnp.troja.mff.cuni.cz
tel. 221 912 475

Více informací o neutrinech a s nimi spojeném výzkumu lze nalézt na webu All Things Neutrino a na www stránkách experimentu NOvA.