Matthew Green est professeur adjoint de physique à NC State. Il a participé à un projet de recherche multi-institutionnel visant à détecter un processus appelé Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS). Le projet a été couronné de succès, et ses conclusions apparaissent dans Science . Matthew a accepté une séance de questions-réponses avec The Abstract sur le projet et ses résultats.

Le résumé :qu'est-ce qu'un neutrino ? Que peut nous apprendre l'étude des neutrinos sur l'univers ?

Vert :les neutrinos font partie des particules élémentaires de base qui composent notre univers. En termes de nombre, elles sont plus abondantes que toutes les autres particules de matière de notre univers réunies. Ils ont de minuscules masses minuscules, moins d'un millionième de la masse des électrons ; ils sont si petits en fait qu'à ce stade, nous n'avons toujours pas été en mesure de les mesurer exactement, n'établissez que des limites supérieures sur eux. Au cours des 20 dernières années, il a été établi que même s'ils sont minuscules, leurs masses ne sont pas nulles (contrairement aux photons, les particules qui composent la lumière). Pourquoi les neutrinos sont si légers est en quelque sorte un mystère, et peut indiquer une nouvelle physique qui pourrait expliquer pourquoi nous vivons dans un univers qui contient tellement de matière et si peu d'antimatière, quand notre compréhension actuelle dit que la matière et l'antimatière auraient dû être produites en quantités égales dès le début, et se sont effacés au fur et à mesure que notre univers évoluait.

TA :Pourquoi les neutrinos sont-ils si difficiles à détecter ?

Vert :Des quatre forces fondamentales qui décrivent comment les particules interagissent les unes avec les autres (électromagnétisme, une force puissante, force faible, la gravité), les neutrinos n'interagissent que via la force faible bien nommée et la force gravitationnelle (encore plus faible). À cause de ce, les interactions des neutrinos avec la matière sont rares; des milliards de neutrinos du soleil traversent votre corps chaque seconde, et presque tous voyageront à travers vous, et à travers la Terre, complètement sans relâche. Si vous vouliez construire un mur d'acier pour vous protéger des neutrinos émis par le soleil, il faudrait qu'il fasse plus d'une année-lumière (~ 6 000 milliards de milles) d'épaisseur !

TA :Vous étiez impliqué dans un projet de construction d'un détecteur de neutrinos plus petit – en quoi ce nouveau détecteur diffère-t-il de ceux utilisés précédemment ?

Vert :Notre objectif était de détecter pour la première fois un processus appelé Coherent Elastic Neutrino Nuclear Scattering (CEvNS), dans lequel un neutrino entre en collision avec un noyau atomique et si les conditions sont réunies (l'énergie du neutrino est suffisamment faible) le neutrino interagit avec le noyau entier à la fois au lieu d'un seul proton ou neutron dans le noyau. En conséquence, la section efficace de cette interaction (une mesure de la physique des particules de la probabilité qu'une interaction se produise) est énorme – par rapport aux neutrinos de toute façon. Le problème est que la seule façon de détecter l'interaction est de rechercher la signature du noyau qui est déplacé par le neutrino. Comme le neutrino doit être faible en énergie, le noyau de recul doit être encore plus bas; imaginez lancer une balle de ping-pong sur une boule de bowling et chercher la boule de bowling à bouger. Si vous pouvez construire un détecteur capable de mesurer des reculs nucléaires d'énergie suffisamment faible, alors ce détecteur peut être assez petit (le nôtre dans ce travail pèse environ 30 livres) mais peut toujours détecter les neutrinos grâce à ce processus CEvNS.

TA :Quelle a été votre implication dans le projet ? L'aspect le plus mémorable du travail?

Vert :L'une des prédictions du modèle standard pour l'interaction CEvNS est la façon dont la section efficace devrait changer d'un noyau cible à l'autre. Pour cette raison, nous déployons un ensemble de différents détecteurs fabriqués à partir de différents matériaux afin de pouvoir tester cette prédiction. À l'état NC, nous assemblons un ensemble de détecteurs à base de germanium normalement utilisés pour détecter les rayonnements gamma, qui sera déployé à la source de neutrons de spallation (SNS) située à Oak Ridge National Labs plus tard cette année. Ces détecteurs au germanium, en plus d'être un matériau cible différent, nous permettra de mesurer le processus CEvNS avec une précision améliorée.

TA :Y a-t-il eu des découvertes surprenantes du détecteur ? A quelles questions allez-vous essayer de répondre à l'avenir ?

Vert :Notre mesure de CEvNS était, dans les incertitudes de la mesure, ce qui était prédit par notre compréhension des neutrinos et de la physique des particules, donc rien de bien surprenant là-dedans. Ce qui nous a le plus surpris, c'est à quel point la source de neutrons de spallation était pour nous un lieu d'expérimentation formidable. Nous avons pu identifier un emplacement dans le bâtiment cible du SNS où nous sommes proches de l'endroit où les neutrinos sont créés, donc nous obtenons beaucoup de neutrinos volant à travers nos détecteurs, mais aussi là où il y a beaucoup de protection contre d'autres particules de haute énergie créées dans la cible qui submergeraient nos détecteurs et rendraient difficile la perception des signaux de neutrinos que nous recherchons. Nous avons pu faire une meilleure mesure que ce que nous pensions possible, et sommes très enthousiastes pour les mesures que nous pourrons y faire dans un avenir proche.