Les scientifiques résolvent les mystères des neutrinos en les regardant interagir avec des détecteurs, en particulier, avec les noyaux atomiques dans le matériau détecteur. La plupart du temps, un neutrino ne serre même pas la main d'un noyau. Mais quand c'est le cas, le léger, une particule neutre peut se transformer en une particule chargée et faire tomber des objets du noyau au fur et à mesure qu'elle s'échappe, laissant une scène de crime derrière elle. Les scientifiques de l'expérience MINERvA du Fermilab ont reconstitué la scène du crime en séparant les phénomènes sous-jacents pour obtenir une image claire de ce qui s'est passé.

Les neutrinos sont des particules légères qui interagissent rarement avec la matière. Leur réticence à interagir les rend difficiles à étudier, mais ce sont aussi les particules mêmes qui pourraient répondre à des questions de longue date sur la création du cosmos. En étudiant les traces laissées par les neutrinos, les scientifiques ont rassemblé plus d'informations sur la signification de ces traces. Plus ils ont d'informations, meilleures sont leurs mesures de neutrinos, pas seulement chez MINERvA, mais aussi dans d'autres expériences sur les neutrinos.

Les neutrinos naviguent généralement à travers la matière sans la heurter. Mais de temps en temps, il serre la main d'un noyau, et parfois la poignée de main prend une tournure destructrice :un lepton chargé (un électron ou un muon) est produit, tandis que les constituants du noyau sont assommés. Un détecteur de particules recueille les traces du lepton chargé et du knock-out.

Les scientifiques de MINERvA étudient les traces des particules résultantes pour reconstituer l'interaction entre les neutrinos et les noyaux. Jusque là, cela n'a pas été une tâche facile :les effets nucléaires ont obscurci une grande partie des preuves des neutrinos intrusifs, laissant aux chercheurs des informations complexes et apparemment non pertinentes. Tous les neutrinos ne se comportent pas mal, mais, Malheureusement, les neutrinos qui nous intéressent, ceux dont l'énergie est comparable à la masse des constituants des noyaux et qui pourraient éventuellement nous renseigner sur la création du cosmos, ont tous ce mode opératoire.

Pour reconstituer la scène de crime qui en résulte, les scientifiques ont besoin d'une compréhension complète du fonctionnement des effets nucléaires. Le lepton chargé et le knock-out conservent les empreintes digitales partielles du neutrino d'origine, et ces empreintes digitales partielles reposent de manière ambiguë sur le fond de l'effet nucléaire. Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient relever les empreintes digitales via une nouvelle technique CSI des neutrinos connue sous le nom de corrélations à l'état final. Les petits détails des effets nucléaires ne deviennent clairs que lorsque les autres effets sont supprimés.

Pour avoir une idée de la technique des corrélations à l'état final, Prenons du recul et regardons les événements qui ont conduit à la scène de crime :Un neutrino heurte un noyau. L'interaction produit d'autres particules. Ces nouvelles particules - lepton chargé et knock-out - s'envolent dans des directions opposées, laissant des traces d'eux-mêmes dans le détecteur.

Si le noyau était un spectateur inactif, ces évadés fuiraient la scène dos à dos, peut-être l'un se dirigeant vers l'est et l'autre vers l'ouest. Mais en réalité, le mouvement vers l'est du lepton chargé ne correspond pas au mouvement vers l'ouest de la particule knock-out. Ces différences subtiles d'élan sont des indices; ils reflètent tout ce qui se passe à l'intérieur du noyau, comme une ombre de la scène de crime projetée par la lampe torche portée par le neutrino. Ainsi, les neutrinos ne projettent aucune ombre, seuls les effets nucléaires le font. La technique des corrélations à l'état final fait correspondre les effets nucléaires avec les écarts des particules post-interaction par rapport aux trajectoires d'impulsions égales est-ouest.

Les chercheurs ont utilisé la nouvelle technique. Ils ont présenté une reconstitution détaillée des effets nucléaires. Les phénomènes sous-jacents, tels que l'état initial du noyau, mécanisme défonçable supplémentaire, et les interactions à l'état final entre le knock-out et le reste du noyau sont maintenant séparées.