Nové výsledky experimentu NOvA

Mezinárodní kolaborace NOvA prezentovala nové výsledky na konferenci Neutrino 2024 v italském Miláně. Experiment od posledního zveřejnění dat před čtyřmi lety zdvojnásobil velikost neutrinových dat, včetně přidání vzorku elektronových neutrin o nízké energii. Nové výsledky jsou v souladu s předchozími, ale se zvýšenou přesností. Data nyní preferují „normální“ uspořádání hmot neutrin více než dříve, ale stále zůstává nejednoznačnost kolem oscilačních vlastností neutrin.

Nejnovější data experimentu NOvA poskytují velmi přesné měření většího z obou rozdílů kvadrátů hmot neutrin a mírně preferují „normální“ uspořádání jejich hmot. Tato přesnost určení rozštěpení hmot znamená, že při započtení dat z reaktorových experimentů data upřednostňují „normální“ uspořádání v poměru 7:1. Toto naznačuje, že neutrina dodržují normální uspořádání, ale dosažená přesnost stále fyzikům nestačí k získání dostatečné jistoty a prohlášení výsledku za objev.

NOvA (NuMI Off-axis ν_e Appearance) je experiment řízený Fermiho národní urychlovačovou laboratoří (FNAL, Fermilab) amerického Ministerstva energetiky nacházející se nedaleko Chicaga. Z Fermilabu je posílán svazek neutrin 800 km na sever do 14000tunového detektoru v Ash River v Minnesotě. Měřením neutrin a antineutrin, jejich antihmotových partnerů, v obou místech mohou fyzici studovat, jak tyto částice za letu mění svůj typ. Jde o jev zvaný oscilace neutrin.

NOvA se snaží zjistit více detailů o uspořádání hmot neutrin. Fyzici vědí, že existují tři typy neutrin o různé hmotnosti, ale neznají jejich absolutní hodnotu, ani které z nich je nejtěžší. Teoretické modely předpovídají dvě různá uspořádání hmot neutrin, tzv. normální a inverzní. V normálním uspořádání existují dvě lehčí neutrina a jedno těžší, v inverzním pak jedno lehčí a dvě těžší.

„Využití informací z reaktorových experimentů zvyšuje naši jistotu znalostí uspořádání hmot a přibližuje nás k velmi zajímavé oblasti,“ řekla Erika Catano-Mur, postdoktorální výzkumnice z Univerzity William & Mary a spoluvedoucí analýzy. „Jsme velmi blízko odpovědi na jednu z velkých otázek neutrinové fyziky. Ale zatím jsme se k ní ještě nedostali.“

Vyřešení problému neutrinových oscilací zůstává i s novými výsledky stále nejednoznačné. Fyzici nemají dostatek dat na oddělení dvou efektů ovlivňujících oscilace neutrin: uspořádání neutrinových hmot a vlastnosti zvané CP narušení. Experiment pozoroval mírné množství oscilačních případů, které může být vysvětleno v rámci obou možných uspořádání neutrinových hmot s různou velikostí CP narušení, takže tyto dva efekty nemohou oddělit. Fyzici však byli schopni vyloučit konkrétní kombinace těchto dvou jevů.

„Skutečně je třeba více než jedno měření, abychom zjistili vše, co potřebujeme vědět,“ řekl Jeremy Wolcott, postdoc z Tufts Univerzity, jeden z koordinátorů analýz experimentu a řečník na konferenci.

„NOvA je důležitým hráčem ve výzkumu neutrin, protože každý z oscilačních experimentů má svá unikátní specifika i když měří stejné parametry,“ řekl Wolcott. „Začínáme vidět jednotlivé střípky obrazu zapadat do sebe, i když je zatím zakalený. Mít různá měření, která se navzájem doplňují, je opravdu důležité.“

Experiment NOvA začal nabírat data v roce 2014 a bude v tom pokračovat až do začátku roku 2027, kdy, jak experiment doufá, dosáhne zdvojnásobení velikosti svého vzorku antineutrinových dat. Dále také pokračuje vylepšování analyzačních metod s cílem dosáhnout co nejvyšší citlivosti experimentu.

Úsilí kolaborace také dláždí cestu budoucím experimentům, které převezmou žezlo na výpravě za odhalením záhad neutrin. „Rádi bychom z dat dostali co nejvíce,“ řekla Catano-Mur. „To, co se naučíme – nejen z výsledků samotných, ale i během jejich získávání, o analyzačních metodách – bude užitečné pro následující generaci experimentů, které jsou nyní ve výstavbě.“

NOvA má stále potenciál odhalit více detailů o těžko polapitelných neutrinech. „Tento výsledek je důležitou připomínkou, že současná generace experimentů, včetně NOvA, pokračuje v nabírání cenných dat a produkci výsledků,“ řekla Zoya Vallari, postdoktorální výzkumnice z CalTechu a spoluvedoucí analýzy. „Ty mají nyní největší šanci dosáhnout objevu.“

Kolaborace sdružuje více než 200 vědců z 50 institucí 8 zemí. S dalšími daty a vylepšeními analyzačních metod NOvA přiblíží fyziky k porozumění identitu měnícímu chování neutrin.

Fermiho národní urychlovačová laboratoř je podporována Úřadem pro vědu Ministerstva energetiky USA. Úřad pro vědu je největším podporovatelem základního výzkumu v oboru fyzikálních věd v USA a cílí na některé z největších výzev naší doby. Více detailů lze nalézt na science.energy.gov.

ÚČJF, Fermilab