L'expérience NOvA, surtout connu pour ses mesures des oscillations des neutrinos à l'aide des faisceaux de particules des accélérateurs du Laboratoire Fermi, a tourné les yeux vers le ciel, examinant des phénomènes allant des supernovae aux monopôles magnétiques. Grâce en grande partie aux capacités informatiques modernes, les chercheurs peuvent collecter et analyser des données pour ces sujets simultanément, ainsi que pour le programme neutrino primaire au Fermilab du Département de l'énergie des États-Unis, où il est basé.

Les phénomènes astrophysiques les plus dramatiques étudiés par NOvA sont les supernovae. Quand une étoile massive s'effondre, il libère 99% de son énergie dans une rafale de neutrinos. L'autre 1% devient une supernova visible, assez brillant pour éclipser une galaxie entière. Alors que les neutrinos transportent beaucoup plus d'énergie que les particules de lumière, appelés photons, les neutrinos insaisissables sont beaucoup plus difficiles à observer. Des centaines de supernovae en lumière visible sont découvertes chaque année, mais un seul depuis l'aube de l'ère des détecteurs de neutrinos a été suffisamment proche pour avoir été vu à travers sa signature de neutrinos :SN 1987A, dans une galaxie satellite de notre Voie lactée.

Les deux détecteurs de particules de NOvA, le détecteur proche du laboratoire Fermi et le détecteur lointain dans le nord du Minnesota, sont capables de détecter les neutrinos générés par les supernovae. Chaque signature de neutrino de supernova semblerait beaucoup plus petite que celle d'un faisceau de neutrinos généré par l'accélérateur, mais il serait encore observable. Si une supernova venait à naître dans notre galaxie, NOvA's 14, Un détecteur lointain de 000 tonnes verrait des milliers de ces neutrinos en une rafale de quelques secondes, et les dizaines de détecteurs proches de 300 tonnes.

Dans un nouvel article à paraître dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, la collaboration NOvA décrit le système qui sera utilisé pour déclencher sur une telle rafale. En raison de la rareté des supernovae proches et de la valeur élevée des données sur les neutrinos, NOvA utilise plusieurs systèmes redondants pour assurer la collecte des données de supernova. En plus d'exécuter une recherche continue en temps réel d'une rafale de neutrinos dans ses propres données, NOvA souscrit au système d'alerte précoce Supernova, ou SNEWS, un réseau d'expériences sur les neutrinos qui s'alertent mutuellement lorsque deux d'entre eux voient une activité de type supernova en même temps. NOvA s'abonne également aux alertes envoyées par la collaboration LIGO/Virgo lorsqu'un événement d'ondes gravitationnelles est observé, traiter chacun comme une source potentielle de données intéressantes. Puisque l'astronomie des ondes gravitationnelles est toute nouvelle, il y a un grand potentiel de surprises.

Le modèle le plus simple expliquant la majorité des événements d'ondes gravitationnelles (les trous noirs fusionnant dans le vide) ne prédit pas les émissions de particules. Mais si les trous noirs fusionnaient dans un milieu gazeux, les particules seraient accélérées, conduisant éventuellement à un signal observable. D'autres modèles alternatifs plus exotiques expliquant certains événements d'ondes gravitationnelles pourraient également produire une explosion de particules visibles pour NOvA.

Un autre scénario qui pourrait déclencher NOvA est un cas d'identité erronée, celui dans lequel une supernova est identifiée à tort comme un événement d'onde gravitationnelle de trou noir. La collaboration a effectué une recherche d'émissions visibles pour NOvA, allant des neutrinos de type supernova aux gerbes de particules à haute énergie suffisamment grandes pour éclairer l'ensemble du détecteur lointain. Jusqu'à présent, en utilisant deux douzaines d'événements d'ondes gravitationnelles signalés jusqu'à la mi-2019, NOvA n'a trouvé aucune indication d'un signal. Ce résultat apparaît dans Examen physique D . NOvA continuera d'examiner les événements au fur et à mesure qu'ils sont signalés. Les capacités des détecteurs d'ondes gravitationnelles devant s'améliorer rapidement au cours des prochaines années, il y aura beaucoup plus d'occasions de participer à de nouvelles découvertes.

Plus proche de la maison, le détecteur proche souterrain de NOvA a été utilisé pour examiner la variation saisonnière des muons cosmiques souterrains. Les rayons cosmiques sont des particules de l'espace qui pleuvent constamment du ciel. Ils entrent en collision avec des particules dans la haute atmosphère, produisant des muons. Le nombre de muons est affecté par les conditions atmosphériques, et le nombre total de muons atteignant les détecteurs souterrains est plus élevé en été. L'atmosphère moins dense de l'été favorise la production de muons, tandis que l'atmosphère hivernale plus dense a tendance à dégrader l'énergie des particules mères des muons. NOvA est la deuxième expérience, après son prédécesseur MINOS, d'observer que cette corrélation saisonnière est inversée lorsque des paires de muons arrivent simultanément, au lieu de muons solitaires, sont comptés. Ceux-ci sont plus fréquents en hiver pour des raisons mal comprises.

NOvA utilise également son grand détecteur lointain pour rechercher d'autres phénomènes cosmiques exotiques. Dans un nouvel article sur l'arXiv, la collaboration rend compte d'une recherche de monopôles magnétiques. Ces particules hypothétiques portent une seule charge magnétique, soit un pôle nord ou un pôle sud, mais pas les deux. Jamais observé, l'existence de monopôles aiderait à lier les théories fondamentales de la physique, ainsi qu'apporter une symétrie satisfaisante aux équations de Maxwell décrivant l'électromagnétisme. Les monopôles magnétiques peuvent être une composante rare des rayons cosmiques, et le détecteur lointain NOvA est un détecteur de rayons cosmiques très performant, capable d'observer des traces de particules détaillées. Contrairement à la plupart des détecteurs de neutrinos précédents et à de nombreux détecteurs monopôles précédents, ce n'est pas souterrain. Cela signifie que si les monopôles s'avèrent être des particules relativement lentes et légères, ils atteindraient NOvA, contrairement aux détecteurs utilisés dans les recherches précédentes. À l'aide d'un petit ensemble de données préliminaires, Les chercheurs de NOvA ont recherché des monopôles dans une gamme de masse jamais recherchée auparavant. Ils n'en ont vu aucun, excluant un flux important de monopôles légers. Ils examineront d'autres données pour resserrer ces limites ou, juste peut-être, pour découvrir la particule insaisissable.

Les accélérateurs cosmiques de la nature continuent de fournir une physique intéressante à étudier pour la collaboration NOvA.