211service.com
Niet je standaardmodel-fysicus
Professor Janet Conrad is op zoek naar het ongrijpbare spookdeeltje en zet de natuurkunde op zijn kop. 23 oktober 2018
Foto illustratie van Janet Conrad Originele foto door Cassandra Klos
In de zomer van 2005, tijdens een banketdiner in een Zweeds kasteel voor enkele van 's werelds toonaangevende natuurkundigen, ging Janet Conrad een weddenschap aan.
Over meerdere gangen en veel wijn, Conrad, toen een natuurkundeprofessor aan de Columbia University, spartelde speels met Nobelprijswinnaar en MIT-natuurkundige Frank Wilczek over het Higgs-deeltje, een fundamenteel deeltje waarvan het bestaan voorspeld was door het standaardmodel van de natuurkunde, maar dat alles had ontweken. pogingen tot detectie. Het vinden van de Higgs zou de sleutel zijn tot het oplossen van het mysterie van hoe deeltjes massa krijgen.
Natuurkundigen die het ongrijpbare deeltje hoopten te observeren, vestigden hun hoop op de Large Hadron Collider, 's werelds krachtigste deeltjesversneller, die toen in aanbouw was in spelonkachtige tunnels in de buurt van de Zwitserse Alpen. De LHC is ontworpen om bundels van protonen en zware ionen dicht bij de lichtsnelheid te breken. In de nasleep verwachtten natuurkundigen tekenen van het Higgs-deeltje te zien, samen met andere nieuwe fysieke verschijnselen.
Conrad, een zelfverklaarde tegendraads, stelde een tegendraadse vraag: wat als de LHC de Higgs niet zou detecteren? Ze had reden om aan te nemen dat het deeltje weliswaar zou moeten bestaan, maar in een energiebereik zou bestaan dat de detector niet zou kunnen oppikken. Na een pittig debat werd een weddenschap gesloten, die op een notitieblok was gekrabbeld: een ontdekking van Higgs zou in het voordeel zijn van Wilczek, terwijl geen enkele ontdekking Conrad zou rechtvaardigen. De inzet: chocoladereplica's van de Nobelmedaille, alleen verkrijgbaar in het Nobelmuseum in Zweden.
Op 4 juli 2012 verloor Conrad de weddenschap toen natuurkundigen meldden dat de LHC een nieuw deeltje had gedetecteerd dat leek op het lang gezochte Higgs-deeltje - een ontdekking die resoneerde in de hele natuurkundige wereld. Toen het nieuws bekend werd, bevond Conrad zich midden in een experiment in het Fermi National Accelerator Laboratory buiten Chicago. Ze schakelde een vriend van de Universiteit van Stockholm in om de chocolaatjes te kopen, die naar New York werden gebracht door een bezoekende natuurkundige van de Columbia University en vervolgens naar Chicago door een postdoc die op weg was naar Fermilab. Conrad vloog ze vervolgens terug naar Cambridge op weg naar een conferentie, waarbij ze 10 ongerepte, niet-gesmolten chocolade-Nobels achterliet bij haar zus, die ze afleverde bij Wilczeks MIT-kantoor.
De New York Times bevatte de weddenschap in een klein artikel, samen met een cartoon die de byzantijnse afweging weergeeft - waarvan een ingelijste kopie aan de muur van het MIT-kantoor van Conrad hangt. Ze wedde dat de Higgs niet zouden bestaan in de energieën die de LHC zou kunnen onderzoeken, legt ze uit, omdat dat naar mijn mening zoveel beter was dan de Higgs die [daar] bestonden.
Met andere woorden, het niet vinden van het Higgs-deeltje waar zoveel natuurkundigen verwachtten dat het zou zijn, zou een seismische scheur in het standaardmodel hebben blootgelegd, een theorie waarop de natuurkundige gemeenschap al tientallen jaren vertrouwt om de fundamentele krachten en deeltjes in het universum te beschrijven. Zo'n theoretische opschudding zou een wereld van nieuwe fysieke onbekenden hebben onthuld.
Cassandra Klos; Haar en make-up door Laura Dillon
Het is een deeltje wiens persoonlijkheid ik leuk vind; het is een zeer onafhankelijk deeltje.
Ik denk niet dat ons standaardmodel veel zin heeft, zegt Conrad. Het past heel goed bij elkaar: je kunt er stukjes van nemen en andere stukjes ervan voorspellen, wat echt indrukwekkend is. En toch … [het omvat] waarden die we niet kunnen verklaren. Ik ben ervan overtuigd dat dit niet het hele verhaal is. En ik ben echt geïnteresseerd in rondneuzen om erachter te komen wat het hele verhaal is.
Conrad, die in 2008 bij de faculteit natuurkunde van het MIT kwam werken, heeft haar carrière besteed aan het zoeken naar afwijkende experimentele resultaten die anderen hebben verdisconteerd of zonder meer als feit hebben geaccepteerd. Wat ik het meest overtuigend vind, is wanneer een experiment iets interessants heeft gezien en ik wil uitzoeken: hebben ze een fout gemaakt, of vertelt de natuur ons eigenlijk iets nieuws? ze zegt. Dat is voor mij het leukste.
Die fascinatie voor anomalieën heeft haar ertoe gebracht op zoek te gaan naar een deeltje dat veel ongrijpbaarder is dan het Higgs-deeltje. En als ze het vindt, zal ze inderdaad het standaardmodel van de fysica op zijn kop zetten.
Neutrino jager
Halverwege de jaren negentig rapporteerden natuurkundigen van het Los Alamos National Laboratory in New Mexico een onverwacht en nog steeds controversieel signaal in de Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND). De detector is in wezen ontworpen om neutrino's te tellen - oneindig kleine, bijna niet-detecteerbare deeltjes waarvan wordt gedacht dat ze alle gewone materiedeeltjes van het universum, zoals elektronen en neutronen, met een miljard op één overtreffen. Ondanks hun alomtegenwoordigheid worden neutrino's vaak spookachtig genoemd omdat ze duivels moeilijk te meten zijn: behalve dat ze extreem klein zijn, hebben ze geen lading, dus ze hebben zelden interactie met gewone materie en kunnen door elke cel in ons lichaam stromen - zelfs door duizenden tonnen van graniet en staal - zonder ook maar één molecuul te verstoren.
De LSND bestaat uit een tank ter grootte van een stadsbus, gevuld met minerale olie, en is ontworpen om een straal neutrino's van een nabijgelegen versneller op te vangen. Lichtdetectoren langs de tank registreren kleine flitsen die worden geproduceerd door inkomende neutrino's die inslaan in koolstofkernen in de olie, wat een natuurlijke scintillator is - dat wil zeggen, het wordt lichtgevend wanneer het wordt geëxciteerd door ioniserende straling. Het patroon en de timing van interacties kunnen wetenschappers iets vertellen over het type neutrino's dat door de tank stroomde.
Volgens het standaardmodel zouden neutrino's in drie varianten of smaken moeten bestaan: een elektronenneutrino, een muon-neutrino en een tau-neutrino. In 1994 rapporteerden natuurkundigen echter dat de LSND meer elektronenneutrino's had geteld dan voorspeld. De natuurkundigen kwamen met een schokkende theorie: dat dit zou kunnen worden verklaard door het bestaan van een geheel nieuw deeltje, een steriel neutrino, dat alleen interageert met de zwaartekracht en helemaal niet met gewone materie.
De resultaten werden met grote scepsis ontvangen. Als het steriele neutrino zou bestaan, zou dit duiden op een fenomeen dat het standaardmodel niet kan verklaren. Het zou ook kunnen helpen bij het verklaren van donkere materie, die ongeveer een derde van de materie van het universum uitmaakt, maar geen licht uitstraalt of weerkaatst. Terwijl anderen de resultaten wegwuiven als een storing die een rationele verklaring moet hebben in overeenstemming met de gevestigde regels van de natuurkunde, greep Conrad de anomalie als een kans.
Kort daarvoor had ze haar afstudeerwerk in de hoge-energiefysica aan de Harvard University afgerond. Bijna iedereen die ze in haar vakgebied kende, ging op weg om zich aan te sluiten bij grote samenwerkingsverbanden van wetenschappers die met deeltjesversnellers werkten om te zoeken naar de top-quark, de meest massieve van alle elementaire deeltjes voorspeld door het standaardmodel, die nog niet was gedetecteerd. Tegen de stroom in had Conrad besloten om op zoek te gaan naar het steriele neutrino en in 1993 een postdoc te beginnen aan de Columbia University.
Ik herinner me dat ik deze beslissing in mijn leven nam en een collega zei: 'Janet, je bent te goed om dat te doen', zegt Conrad. Maar het is een deeltje wiens persoonlijkheid ik leuk vind; het is een zeer onafhankelijk deeltje.
In 1995 trad Conrad toe tot de natuurkundefaculteit van Columbia en begon ze haar onderzoeksgroep op te bouwen. Ze plantte ook de zaden voor een nieuwe deeltjesdetector die speciaal is ontworpen om de LSND-resultaten te bewijzen of te weerleggen: het Mini Booster Neutrino Experiment, of MiniBooNE. Haar idee was om bundels neutrino's door een tunnel van 500 meter naar een enorme bolvormige tank te sturen, ongeveer 12 meter in diameter, met 1.200 lichtsensoren en gevuld met 800 ton minerale olie. Hoewel ze zelden interageren met andere materie, zouden neutrino's die toevallig botsen met een koolstofatoom in de minerale olie, energiesporen achterlaten, waardoor het mogelijk wordt om hun smaak te identificeren. Van neutrino's is eigenlijk bekend dat ze van de ene naar de andere smaak oscilleren terwijl ze door de ruimte bewegen, maar zolang ze tussen de drie standaardsmaken oscilleren, zou het totale aantal stabiel moeten blijven. Een daling in het totaal zou erop kunnen wijzen dat sommige zijn getransformeerd in steriele neutrino's, die nog moeilijker te detecteren zijn; een toename van het totaal zou erop wijzen dat sommige steriele neutrino's zijn omgezet in de andere smaken. Door het type en aantal neutrino's te tellen dat MiniBooNE bij hoge energieën heeft gedetecteerd, konden Conrad en haar team zoeken naar tekenen van vreemde, onvoorspelbare excessen, in overeenstemming met de resultaten van LSND bij lage energieën.
Conrad kreeg financiering om de detector te bouwen in Fermilab, waar de Booster - een deeltjesversneller met een omtrek van 474 meter - de te analyseren neutrino's zou produceren. In 2007 rapporteerden zij en een zich uitbreidende MiniBooNE-samenwerking hun eerste resultaten: er leek geen overmaat aan elektronenneutrino's te zijn, althans niet in de hoge energiebereiken die de LSND-resultaten bij lage energiebereiken voorspelden. Deze eerste resultaten leken het bestaan van een vierde, steriel neutrino te weerleggen. Maar MiniBooNE registreerde wel een mysterieuze overmaat aan elektronenneutrino's bij lagere energieën - een bevinding die de onderzoekers niet konden verklaren.
Cassandra Klos
De jacht op het steriele neutrino is nog lang niet voorbij, aangezien meerdere experimenten tegenstrijdige resultaten hebben opgeleverd. Een bron van die resultaten is het IceCube Neutrino Observatory, gevestigd op het Amundsen-Scott South Pole Station. IceCube bestaat uit meer dan 5.000 lichtsensoren, opgehangen aan verticale snaren die zich uitstrekken over meer dan 2.450 meter in het Antarctische ijs. De detector is ontworpen om sporen van neutrino's op te pikken die niet afkomstig zijn van versnellers op aarde, maar van extreme bronnen in de kosmos, zoals de kernen van exploderende sterren en de centra van actieve sterrenstelsels. Wanneer ze door ijs gaan, produceren ze muonen, elektrisch geladen secundaire deeltjes die licht uitstralen. Door het licht te analyseren dat wordt opgevangen door de sensoren van IceCube, kunnen wetenschappers de neutrino's tellen en de hoek bepalen waaronder ze door het ijs gaan. Conrad is een van de 300 wetenschappers die op zoek zijn naar tekenen van steriele neutrino's, samen met andere neutrino-gerelateerde verschijnselen, in de deeltjes die door de detector stromen. (In september 2017 hebben ze bijvoorbeeld een hoogenergetisch kosmisch neutrino getraceerd naar zijn bron, een blazar op ongeveer 3,7 miljard lichtjaar afstand.)
In 2016 kwam IceCube's zoektocht naar het steriele neutrino op niets uit: wetenschappers hadden geen teken van het deeltje gevonden onder 100.000 neutrino-gebeurtenissen die door de detector waren opgepikt. Ze concludeerden met 99 procent zekerheid dat het deeltje niet bestaat in het bereik dat ze konden verkennen.
En toch is er nog steeds een kans dat het daar is. In juni kondigden Conrad en haar MiniBooNE-collega's aan dat het experiment opnieuw een overmaat aan elektronenneutrino's in het lage energiebereik had gedetecteerd, en deze keer was het duidelijk dat de resultaten geen statistische toevalstreffer waren, maar een waarschijnlijk teken van iets buiten de drie belangrijkste neutrino's. smaken.
Met de suggestie van bewijs voor steriele neutrino's, heeft ze een bom in het onderwerp gegooid, en nu zullen we moeten zien of het explodeert, zegt Wilczek. Als haar indicatie stand houdt, zal het sommige van onze ideeën over hoe we tot een uniforme theorie van de fundamentele krachten kunnen komen, door elkaar schudden. Het betekent dat we niet zo dicht bij het oplossen van het probleem zijn als sommigen van ons denken.
Het is niet het steriele neutrino waarnaar we op zoek waren, maar het kan er toch een zijn, zegt Conrad over de nieuwe resultaten. En het is een duidelijk teken dat wauw, dit is iets dat we niet begrijpen, wat een leuke, frustrerende plek is om te zijn.
Conrad en haar groep staan aan het hoofd van een steeds groter wordende jacht. We waren echt in de verste uithoeken van de grens, zegt ze. Niemand gaf om ons; we zaten in onze eigen hoek. En omdat wij en andere experimenten meer gegevens hebben verzameld, en er meer signalen zijn die eruitzien alsof er een extra neutrino zou kunnen zijn, zijn mensen veel meer geïnteresseerd geraakt.
Deeltjesversnellers heroverwegen
Kort nadat MiniBooNE in 2007 zijn eerste resultaten rapporteerde, verliet Conrad de Columbia University en trad toe tot de MIT-faculteit.
Af en toe van baan wisselen is niet erg, maar dat doen vaste docenten meestal niet, zegt ze. Maar een deel van de reden waarom mensen van baan veranderen, is omdat het hen nieuwe creatieve inzichten geeft. En dat is echt wat er met mij is gebeurd.
Op de afdeling natuurkunde van het MIT vond Conrad een bijenkorf van theoretische en experimentele ideeën. En toen ze eenmaal haar kantoor in de hoofdgang van MIT's Laboratory for Nuclear Science betrok, begon ze een deeltjesversneller op kamerformaat te ontwikkelen.
Voor neutrino-experimenten waren altijd enorme versnellers nodig geweest om protonen met de snelheid van het licht te doen rinkelen, op welk punt de deeltjes genoeg neutrino's zouden kunnen produceren voor analyse door detectoren zoals MiniBooNE. Neutrino-experimenten en deeltjesfysica in het algemeen worden steeds groter en groter, zegt Conrad. We nemen dezelfde technologie die we al hebben, en we blijven het uitbreiden en vermenigvuldigen.
In plaats van verder in die richting te gaan, besloot Conrad naar manieren te zoeken om een deeltjesversneller te bouwen die net zo krachtig is als een deeltjesversneller die enkele kilometers in een fractie van de ruimte beslaat. Kleinere versnellers, zo redeneerde ze, zouden goedkoop kunnen worden gebouwd en in de buurt van elke grote neutrinodetector kunnen worden geplaatst, of het nu midden in een prairie is, zoals bij Fermilab, of diep onder de bergen.
Een ontwerp begon vorm te krijgen nadat ze een lezing over cyclotrons bijwoonde - apparaten ter grootte van een kamer die geladen deeltjes via een magnetisch veld uit hun centrum werpen en ze versnellen langs radiofrequentiegolven, net zoals surfers op oceaangolven rijden.
Het is een waar MIT-verhaal in de zin dat ik hier aan het werk was, te veel te doen had en iemand zei: 'Wil je langsgaan om over dit nieuwe cyclotron te horen?', herinnert Conrad zich. Dus ik ging, en zat daar in het gesprek, en ik had zoiets van: 'Dat is het gaspedaal van mijn dromen.'
Sinds de jaren dertig worden cyclotrons gebruikt om protonenbundels te produceren voor experimenten in de kernfysica. Maar het aantal protonen dat ze konden versnellen was beperkt, en toen grotere, krachtigere versnellers op het toneel verschenen, werden cyclotrons hergebruikt om protonenbundels op te drijven die gericht waren op het doden van kankergezwel. Conrad zocht naar manieren om het aantal protonen dat een cyclotron kan versnellen te vergroten, en ze vond een oplossing in het waterstofmolecuul ion H2+, dat is gemaakt van twee protonen die bij elkaar worden gehouden door een elektron. Als deze waterstofmoleculen in een cyclotron zouden worden gepompt, zouden hun elektronen in wezen wegvliegen, waardoor er voor elk molecuul twee protonen overblijven - wat betekent dat er twee keer zoveel beschikbaar zouden kunnen zijn om neutrino's en andere exotische deeltjes te produceren.
Zij en haar studenten bouwen momenteel aan het MIT een cyclotronversneller, die ze IsoDAR heeft genoemd, voor isotopenverval in rust, het proces waarbij de protonen van de cyclotron zouden vervallen tot neutrino's. Eenmaal gebouwd - idealiter tegen 2022, als alles goed gaat - zal de miniversneller naar verwachting passen in een ruimte ter grootte van een ruime woonkamer. Ze hoopt ook een iets grotere, krachtigere versie te bouwen, Daedalus, die nog steeds een fractie zo groot zou zijn als de huidige neutrino-genererende versnellers - een formaat dat gemakkelijk in de MIT-koepel zou passen. Als deze kleine versnellers naast enkele van 's werelds meest gevoelige detectoren zouden worden geplaatst, zouden ze volgens Conrad de zoektocht naar het steriele neutrino aanzienlijk kunnen bevorderen.
Ze kunnen een orde van grootte verder gaan in het verkennen van de ruimte voor steriele neutrino's, vergeleken met elk ander experiment vandaag, zegt ze. Om dat te kunnen doen, proberen we heel anders te denken.
Een onafhankelijke streak
Conrad zal de eerste zijn om toe te geven dat ze geen doorsnee deeltjesfysicus is. Vooral in het begin van haar carrière was ze een van de weinige vrouwen die seminars en conferenties bijwoonde.
Ik zou niet op dit gebied zijn als ik het niet oké zou vinden om op sommige plaatsen de enige vrouw te zijn, zegt ze. Het heeft een zeker voordeel om een vrouw te zijn, in die zin dat je duidelijk al anders bent. Je bent niet de standaardmodelfysicus.
Dit komt vooral naar voren in Conrads toespraken op vergaderingen en conferenties, waar ze vaak vrolijk persoonlijkheden toeschrijft aan bepaalde elementaire deeltjes en quarks vergelijkt - die zo luid kunnen zijn dat ze elk ander deeltjessignaal verdoezelen - om meisjes en de stille, altijd aanwezige neutrino naar het buurmeisje.
Lindley Winslow, een assistent-professor natuurkunde aan het MIT, herinnert zich dat ze Conrad voor het eerst zag spreken, toen ze als studente een jaarlijkse natuurkundebijeenkomst bijwoonde. Het was echt inspirerend om te zien, herinnert Winslow zich. Het was niet alleen een vrouw die een toespraak hield, maar ze was ook vrij om schattig te zijn. En ze had er lol in, en deed het helemaal als vrouw, niet als een vrouw die zich voordeed als man.
Conrad heeft Winslow uiteindelijk aangeworven als haar eerste postdoc aan het MIT en heeft hard gewerkt om andere vrouwen aan te trekken voor de afdeling natuurkunde van het MIT, zowel op gediplomeerd als op faculteitsniveau. Vrouwen vormden in 2007 slechts 13,7 procent van de afgestudeerde natuurkundestudenten van het Instituut, maar als hoofd van het toelatingsproces van de afdeling heeft Conrad geholpen dat op te krikken.
Ik ben ongelooflijk trots op het feit dat we in deze volgende klas voor 23 procent uit vrouwen bestaan, zegt ze. Mijn grote hoop is dat we tot 33 procent komen.
Op facultair niveau ziet Conrad een grotere uitdaging. De afdeling natuurkunde van het MIT - een van de grootste van het land - heeft slechts 12 vrouwen op de faculteit van ongeveer 100, van wie er vier pas in de afgelopen jaren zijn toegetreden.
We zijn van acht naar twaalf gegaan - dat is een grote fractionele toename, zegt ze. Maar eerlijk gezegd loopt dit behoorlijk ver achter op [andere natuurkundeprogramma's]. Dus ze werkt eraan om dat aantal te verhogen en checkt nu regelmatig in bij de vrouwen van de natuurkundefaculteit, van wie ze zegt dat ze bereid zijn om dingen uit te proberen, en niet bang zijn om te vallen en weer op te staan.
Deze onafhankelijke inslag is iets wat Conrad zoekt bij de studenten die zich bij haar onderzoeksgroep willen aansluiten. Dat komt deels omdat ze er een punt van maakt om haar studenten rechtstreeks naar de locaties te sturen waar neutrino-experimenten plaatsvinden, zoals Fermilab, waar wetenschappers MiniBooNE en MicroBooNE bedienen, en Madison, Wisconsin, waar ze IceCube-gegevens ontvangen en analyseren.
Als ze hier op hun kleine eiland zijn, doen ze misschien geweldig werk, maar mensen weten het niet echt, zegt Conrad. Het is erg belangrijk om daar te zijn en centraal te staan en een van de belangrijkste mensen te zijn die goed zichtbaar zijn. En het geeft je een veel bredere kijk op de wereld.
Conrad probeert zelf zoveel mogelijk aanwezig te zijn bij haar experimenten, vooral bij Fermilab, waar ze zo vaak reist dat zij en haar man een tweede huis in Illinois hebben sinds Conrad een afgestudeerde student was. Ik ga daar zo vaak als ik kan, en Skype mijn groep de hele tijd, zegt ze. Ze zullen in een weekend duizend e-mails van me krijgen, omdat ik de gewoonte heb om een gedachte in te voeren - dan ontwikkelt de gedachte zich na een uur en ik stuur nog een e-mail. Dus ze komen terug en zeggen: 'Omigod.'
Inderdaad, Conrads leven lijkt in beslag genomen door natuurkunde, en gelukkig maar. Hoewel ze van tuinieren houdt en haar vader vroeger hielp met het kweken van kampioensdahlia's, houdt ze het tegenwoordig bij het kweken van onderhoudsarme madeliefjes. Ik heb geen tijd om een dahlia er uit te laten zien zoals ik wil, zegt ze, en ik wil geen armoedige dahlia's.
Voor Conrad is natuurkunde niet alleen haar werk, maar haar hobby - allesverslindend en vooral leuk. Dus blijft ze de jacht op neutrino-anomalieën leiden en haar collega's verzamelen om mee te doen aan de achtervolging. Nadat hij had aangetoond dat al deze hints op één lijn liggen, zegt Winslow, heeft Conrad de gemeenschap ervan overtuigd dat het van vitaal belang is om door te gaan met zoeken om het bestaan van steriele neutrino's te bevestigen of te weerleggen. Met iedereen die zo veel van iets houdt, wil je niet in de weg staan, zegt Winslow. We moeten naar buiten om te kijken.
Hoe een neutrino te zien?
In de jaren zestig ontwikkelden onderzoekers bellenkamers om het ongrijpbare neutrino te bestuderen. Wanneer een neutrino tegen een kern botst, produceert het geladen deeltjes. Als dit gebeurt in een bellenkamer, die is gevuld met vloeistof onder druk, laten de geladen deeltjes een spoor van vrijgekomen elektronen achter terwijl ze door de vloeistof reizen. Terwijl vloeistof rond die elektronen verdampt, vormen zich microscopisch kleine belletjes, die de plaats van de botsing en de paden van de deeltjes documenteren. Door de druk van de kamer af te laten, kunnen de bellen uitzetten totdat ze groot genoeg zijn om gefotografeerd te worden. Hoewel dergelijke foto's prachtig gedetailleerd zijn, is het vastleggen ervan tijd- en arbeidsintensief.
Janet Conrad en verschillende collega's hadden het idee om een detector te bouwen die digitale gegevens van neutrino's met dezelfde precisie maar veel efficiënter zou kunnen verzamelen. Ze werd een van de oprichters van een groep medewerkers die de 170-tons MicroBooNE-neutrinodetector ontwierpen en bouwden, die in 2015 begon met het opnemen van neutrino's die werden gegenereerd door Fermilab's Booster-versneller. , ze interageren met het argon, waardoor geladen deeltjes ontstaan. Terwijl deze geladen deeltjes door de detector bewegen, maken ze elektronen vrij in het argon, waardoor een ionisatiespoor ontstaat. De geladen deeltjes wekken ook argon op en produceren licht.
Sporen van elektronen die vrijkomen nadat een neutrino met een kern is gebotst, zijn afgebeeld op een foto met een bellenkamer (links) en een digitale MicroBooNE-afbeelding (rechts). MicroBooNE's fotomultiplicatorbuizen (hieronder) staan klaar om licht te detecteren dat wordt geproduceerd door geladen deeltjes die zijn gecreëerd door een neutrino-botsing.
De vrijgekomen elektronen drijven naar met goud beklede draden die aan de laagspanningszijde van de veldkooi zijn geïnstalleerd. Wanneer extreem gevoelige lichtdetectoren, de zogenaamde cryogene fotomultiplicatorbuizen, het begeleidende licht detecteren — wat aangeeft dat de elektronen naar de draden drijven — de lading van elk elektron wordt geregistreerd. Die gegevens kunnen worden gebruikt om een 3D-beeld van het pad van het neutrino te reconstrueren.
Met dank aan Janet CONrad
MicroBooNE kan in dezelfde tijd een miljoen keer zoveel neutrino-gebeurtenissen opnemen als een bellenkamer. En deep learning kan worden gebruikt om het enorme aantal digitale afbeeldingen dat het produceert te analyseren. Wanneer u op zoek bent naar bewijs van een nooit eerder geziene variëteit van een al ongrijpbaar deeltje, is het vermogen om enorme hoeveelheden gegevens te verzamelen en te analyseren van cruciaal belang.