En physique des particules, la différence d'un millimètre ou deux peut faire ou défaire l'expérience. En mars, l'expérience LArIAT a commencé un test de validation de principe pour s'assurer que l'expérience Deep Underground Neutrino (DUNE) prévue fonctionnera bien avec cette différence de 2 millimètres.

Spécifiquement, les scientifiques examinent ce qui se passera lorsque vous augmenterez l'espace entre les fils de détection à l'intérieur des futurs détecteurs DUNE.

DUNE mesurera les neutrinos, des particules mystérieuses qui sont omniprésentes mais insaisissables et peuvent contenir des réponses aux questions sur les origines de l'univers.

Comme les futurs détecteurs DUNE, LArIAT est rempli d'argon liquide. Lorsqu'une particule frappe un noyau d'argon à l'intérieur du détecteur, l'interaction crée des électrons qui flottent à travers l'argon jusqu'à ce qu'ils soient capturés par un fil, qui enregistre un signal. Les scientifiques mesurent le signal pour en savoir plus sur l'interaction des particules.

Contrairement aux détecteurs DUNE, LArIAT ne détecte pas les neutrinos. Plutôt, il utilise les interactions d'autres types de particules pour faire des inférences sur les interactions des neutrinos. Et très contrairement à DUNE, LArIAT a la taille d'un mini-frigo, une simple tache par rapport aux détecteurs de DUNE, qui contiendra environ 22 piscines olympiques d'argon liquide.

Les scientifiques du LArIAT utilisent un faisceau de particules chargées fourni par le Fermilab Test Beam Facility qui sont tirés dans l'argon liquide. Ces particules interagissent avec la matière bien plus que les neutrinos, le faisceau entraîne donc beaucoup plus d'interactions qu'un faisceau similaire de neutrinos, qui passerait principalement par l'argon. Le plus haut niveau d'interactions est ce qui permet à LArIAT de renoncer à la taille massive de DUNE.

Les résultats du LArIAT pourraient aider les physiciens à mieux comprendre d'autres détecteurs de neutrinos à argon liquide du laboratoire Fermi du DOE Office of Science, tels que MicroBooNE et SBND.

"Le but de l'expérience LArIAT est de mesurer à quel point nous pouvons identifier les différents types de particules qui sortent des interactions de neutrinos et à quel point nous pouvons reconstruire leur énergie, " a déclaré Jen Raaf, porte-parole du LArIAT.

Bien que LArIAT ne détecte pas les neutrinos, les interactions de particules chargées peuvent donner aux scientifiques des indices sur la façon dont les neutrinos interagissent avec les noyaux d'argon.

"Au lieu d'envoyer un neutrino et de regarder ce qui sort, tu envoies les autres trucs et tu vois ce que ça fait, ", a déclaré Raaf.

Les interactions dans LArIAT sont caractérisées principalement par un maillage de fils qui détecte la dérive des électrons. Un facteur clé qui affecte la précision de la détection des électrons de dérive est l'espacement entre chaque fil.

"Plus vos fils sont rapprochés, la meilleure résolution spatiale que vous obtenez, " dit Raaf. Mais plus les fils sont rapprochés, plus il faut de fils. Plus de fils signifie plus d'électronique pour détecter les signaux des fils, ce qui peut devenir coûteux dans un détecteur géant comme DUNE.

Pour réduire les coûts, les scientifiques étudient si DUNE aura une résolution suffisamment élevée dans ses mesures d'interactions de neutrinos avec des fils espacés de 5 millimètres, plus grands que l'espacement de 3 millimètres dans les petites expériences de neutrinos du laboratoire Fermi telles que MicroBooNE.

Les simulations suggèrent que cela devrait fonctionner, mais c'est à Raaf et à son équipe de tester si un espacement de 5 millimètres fera l'affaire.

LArIAT utilise le Fermilab Test Beam Facility, qui est une partie importante de l'équation. Le faisceau d'essai de l'installation provient des accélérateurs du laboratoire et traverse un ensemble d'instruments de détection de particules avant d'arriver au détecteur LArIAT. Les scientifiques peuvent ensuite comparer les résultats du premier ensemble d'instruments avec les résultats du LArIAT.

"Si vous savez que c'était vraiment un pion entrant dans le détecteur, et puis vous exécutez votre algorithme dessus et il dit 'Oh non, c'était un électron, ' vous dites 'Je sais que vous vous trompez !'", a déclaré Raaf. "Donc, vous comparez simplement la fréquence à laquelle vous vous trompez avec 5 millimètres par rapport à 3 millimètres."

Elle et son équipe sont optimistes, mais déterminé à être minutieux.

"Ça marche en théorie, mais nous aimons toujours mesurer, " elle a dit.