Fermilab des neuen Neutrino-Kanone schießt unterirdischen Subatomics

Gegeben wie selten Neutrinos interagieren mit anderen Elementarteilchen, sie sind notorisch schwierig zu studieren und somit unser Verständnis dieser elektrisch neutral subatomaren Entitäten bleibt eher lückenhaft. Jedoch bekannt das Department of Energy Fermilab in Batavia, IL zielt darauf ab, diese Partikel Geheimnisse durch Strahlen sie durch Hunderte von Meilen von der Erde Krusten.

Es dauerte 15 Monate, das Fermilab Gaspedal komplexe Handhabung der massiven 700 Kilowatt Leistung für seine NuMI Off-Axis aussehen Neutrinoexperiment (NOvA), benötigt fast verdoppelt die vorherige 400 Kilowatt-Grenze zu aktualisieren. Das Experiment wird im Wesentlichen der Welt am meisten konzentrierte Neutrino-Strahl vom Fermilab durch die Erde zu einem 14.000 Tonne Teilchendetektor befindet sich in Asche River, Minnesota ausgelöst. Die Reise wird voraussichtlich etwa 3 Millisekunden dauern. Forscher erwarten, meist Muon Neutrinos zu Beginn des Strahls zu finden — verwenden sie einen viel kleineren, 200-Tonnen-Detektor am Fermilab – und vor allem Elektron-Neutrinos Asche Fluss Ende. Da sie offensichtlich nicht erwarten zu verfolgen und zu einzelnen Neutrinos zu studieren, beschäftigen Wissenschaftler statistische Modelle um festzustellen, wie viele (oder auch, falls vorhanden) der Neutrinos zerfallen in eine andere Form.

Aber Neutrinos nicht gehen, wo man ihnen sagt. Als elektrisch neutral, sie sind unabhängig von elektromagnetischen Kräfte, was bedeutet, dass wir ihnen steuern kann nicht mit riesigen Magneten wie CERN tut. Fermilab Tüftler haben stattdessen eine geniale Lösung entwickelt. Statt mit dem Ziel die Neutrinos selbst, sind Forscher Zielen und feuern schwerer, elektrisch geladene Teilchen, die dann in Neutrinos zerfallen. Verwendung von Fermilab Main Injector Beschleuniger als Proton, feuern die Forscher ein Protonenstrahl auf ein Graphit-Ziel, eine Masse von subatomaren Teilchen aus den daraus resultierenden Auswirkungen Proton-Kohlenstoff zu generieren. Bevor sie Zeit zu verfallen, Steuern die Wissenschaftler dann die Wolke von Teilchen in Richtung der entfernten Detektor mit starken Magneten. Dieser Weg erfordert keinen Tunnel, die Partikel fliegen einfach unter sechs Meilen von der Kruste des Planeten mit sehr wenig Interaktion, bis ein paar von ihnen den Detektor treffen.

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Die Detektoren bestehen aus 344.000 Zellen von extrudierten, stark reflektierende Kunststoff PVC mit flüssigen Szintillator gefüllt. Jede Zelle im fernen Detektor misst 3,9 cm breit, 6,0 cm tief und 15,5 Meter lang. Wenn ein Neutrino ein Atom in der flüssigen Szintillator trifft, gibt es einen Ausbruch von geladenen Teilchen. Da diese Teilchen im Detektor zu Ruhe kommen, wird ihre Energie gesammelt mit Wellenlänge-shifting Fasern verbunden Photodetektoren. Mit dem Muster des Lichtes gesehen durch die Foto-Detektoren, können Wissenschaftler bestimmen, welche Art von Neutrino die Interaktion verursacht und was war seine Energie.

"Fast alle Neutrino Experimente sind begrenzt durch die Tatsache, dass Neutrinos mit Materie, so selten wechselwirken", sagt Harvard-Physiker Gary Feldman, Co-Leiter des NOvA-Experiments, in einer Presseerklärung. "NOvA ist keine Ausnahme." So kam die Beschleuniger-Physiker am Fermilab mit einer Regelung, die Kraft ihrer Neutrino-Strahl etwa verdoppeln." Diese Verdoppelung der Leistung ist das Ergebnis einer Vielzahl von Upgrades für das Fermilab Beschleunigeranlage. Dazu gehören höhere Energie Hochfrequenz-Hohlräume, mehr und mehr starke Magnete und ein mächtiger Proton-Injektor.

Wenn das Experiment kommt zu dem Schluss, hoffen Forscher die inneren Fähigkeiten und Eigenschaften dieser rätselhaften Teilchen besser zu verstehen. "Der höheren Energiestrahl wird eine große Veränderung vom Niedrigenergie-laufen, werden", sagt Fermilab Physiker Debbie Harris, Co-Leiter des MINERvA-Experiments. "Es ist nicht gerade ein ganz neues Experiment, aber es wird eine Menge neuer Dinge zu sein, werden wir in der Lage, über Neutrinos zu messen. Wir sind total aufgedreht." Nicht nur, dass einige Forscher vermuten, dass es noch andere als-der-noch-unentdeckte Elementarteilchen aufdecken kann. [Fermilab - MINOS - Symmetrie Mag - Wiki - Bilder: Fermilab]