Die internationale NOvA-Kollaboration präsentierte neue Ergebnisse auf der Neutrino 2024 Konferenz in Mailand, Italien, am 17. Juni. Die Zusammenarbeit hat ihre Neutrinodaten seit ihrer letzten Veröffentlichung vor vier Jahren verdoppelt und dabei auch eine neue Probe von Elektron-Neutrinos mit niedriger Energie hinzugefügt.
Die neuen Ergebnisse stimmen mit früheren NOvA-Ergebnissen überein, weisen jedoch eine höhere Präzision auf. Die Daten sprechen stärker als zuvor für die „normale“ Anordnung der Neutrinomassen, aber hinsichtlich der Schwingungseigenschaften des Neutrinos bleibt Unklarheit bestehen.
Die neuesten NOvA-Daten liefern eine sehr genaue Messung der größeren Aufspaltung zwischen den quadrierten Neutrinomassen und begünstigen leicht die normale Massenanordnung. Diese Präzision bei der Massenaufspaltung bedeutet, dass die Daten, wenn sie mit Daten aus anderen Experimenten, die an Kernreaktoren durchgeführt wurden, gekoppelt werden, die normale Anordnung mit einer Wahrscheinlichkeit von fast 7:1 begünstigen.
Dies lässt darauf schließen, dass Neutrinos die normale Anordnung einhalten, die Physiker jedoch noch nicht die hohe Gewissheitsschwelle erreicht haben, die erforderlich ist, um eine Entdeckung zu verkünden.
Novakurz für NuMI Off-axis νe Appearance, ist ein Experiment, das vom Fermi National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums außerhalb von Chicago geleitet wird.
Fermilab sendet einen Neutrinostrahl 800 Kilometer nach Norden zu einem 14.000 Tonnen schweren Detektor in Ash River, Minnesota. Indem sie die Neutrinos und ihre Antimateriepartner, die Antineutrinos, an beiden Orten messen, können Physiker untersuchen, wie diese Teilchen während ihrer Reise ihren Typ ändern, ein Phänomen, das als Neutrinooszillation bekannt ist.
NOvA möchte mehr erfahren über die Bestellung der Neutrinomassen. Physiker wissen, dass es drei Arten von Neutrinos mit unterschiedlichen Massen gibt, aber sie kennen weder die absolute Masse, noch welches das schwerste ist.
Theoretische Modelle sagen zwei mögliche Massenanordnungen voraus: normal oder invertiert. In der normalen Anordnung gibt es zwei leichte Neutrinos und ein schwereres Neutrino; in der invertierten Anordnung gibt es ein leichtes und zwei schwerere Neutrinos.
„Durch die zusätzlichen Informationen aus Reaktorexperimenten können wir unser Wissen über die Massenverteilung erweitern und uns in spannende Bereiche vorstoßen“, sagte Erika Catano-Mur, Postdoktorandin bei William & Mary und Mitleiterin der Analyse. „Wir haben fast eine Antwort auf eine der großen Fragen der Neutrinophysik. Aber so weit sind wir noch nicht.“
Die Lösung der Neutrino-Oszillation bleibt in den neuen Ergebnissen unklar. Den Physikern fehlen derzeit genügend Daten, um zwei Effekte der Oszillation voneinander zu trennen: Massenordnung und eine Eigenschaft namens Ladungsparitätsverletzung.
Die Kollaborateure beobachteten eine moderate Schwingung, die in beiden Massenordnungsszenarien mit unterschiedlichen Graden der CP-Verletzung erklärt werden konnte, sodass sie Massenordnung und CP-Verletzung nicht voneinander trennen können. Die Physiker konnten jedoch bestimmte Kombinationen der beiden Eigenschaften ausschließen.
„Wir brauchen wirklich mehr als eine Messung, um alles zu erfahren, was wir wissen müssen“, sagte Jeremy Wolcott, Postdoktorand an der Tufts University, einer der Analysekoordinatoren von NOvA und Sprecher der Konferenz.
„NOvA ist dabei ein wichtiger Akteur, weil alle Experimente, die dieselben Parameter messen, einzigartige Aspekte aufweisen“, sagte Wolcott. „Wir beginnen, ein Bild zu erkennen, das sich zusammenfügt, aber es ist noch unklar. Es ist wirklich wichtig, dass verschiedene Messungen zusammenarbeiten.“
Das NOvA-Experiment begann 2014 mit der Datenerfassung und wird bis Anfang 2027 laufen. In dieser Zeit hofft die Kollaboration, ihren Antineutrino-Datensatz zu verdoppeln. Sie führt auch weiterhin Analyseverbesserungen durch, um die Empfindlichkeit des Experiments zu maximieren.
Ihre Bemühungen ebnen zudem den Weg für künftige Experimente, die noch mehr zur Lösung der Geheimnisse um die Eigenschaften von Neutrinos beitragen sollen.
„Wir wollen das Beste aus den Daten machen, was möglich ist“, sagte Catano-Mur. „Was wir lernen – nicht nur aus den Ergebnissen selbst, sondern auch aus den Analysemethoden – wird für die nächste Generation von Experimenten nützlich sein, die gerade im Aufbau sind.“
Dennoch hat NOvA das Potenzial, mehr über das schwer fassbare Neutrino zu enthüllen. „Dieses Ergebnis ist eine wichtige Erinnerung daran, dass die aktuelle Generation von Experimenten, einschließlich NOvA, weiterhin wertvolle Daten sammelt und physikalische Erkenntnisse liefert“, sagte Zoya Vallari, Postdoktorandin am CalTech und Mitleiterin der Analyse. „Sie sind im Moment unsere beste Chance auf eine Entdeckung.“
Die NOvA-Kollaboration besteht aus mehr als 200 Wissenschaftlern von 50 Institutionen in acht Ländern. Mit den zusätzlichen Daten und weiteren Analyseverbesserungen wird NOvA Physikern ein besseres Verständnis des identitätsverändernden Verhaltens von Neutrinos ermöglichen.