Neutrinový experiment NOvA

Experiment NOvA zkoumá vlastnosti mionových neutrin, která vznikají po srážkách protonů z urychlovače ve Fermilabu s uhlíkovým terčíkem a následném rozpadu mionů. Neutrina proletí 800 km Zemí do detektoru o hmotnosti 14 tisíc tun umístěného v Minnesotě na americko-kanadské hranici. Předtím, ještě na území Fermilabu, procházejí malým (tzv. blízkým) detektorem o hmotnosti 222 tun. Přestože neutrina jsou všudypřítomná (jedním cm2 povrchu lidského těla jich každou sekundu prolétne na 60 miliard), procházejí hmotou téměř bez jakéhokoliv efektu. Jejich hmotnost je velmi malá a dosud se ji nepodařilo přesně změřit. Pohybují se téměř rychlostí světla. Existují tři různé typy neutrin a ty umějí mezi sebou přecházet – tato vlastnost se označuje jako oscilace neutrin. Jednou ze zásadních otázek je úloha neutrin při pozorované převaze hmoty v našem vesmíru nad antihmotou. Vzdálený detektor je zkonstruován z plastových vrstev naplněných scintilační kapalinou, z nichž odečítají signál křemíkové diody APD (Avalanche Photo Diode). Detektor je jemně segmentován, což umožňuje rekonstrukci vzácných srážek neutrin ve scintilátoru. Hlavním cílem experimentu NOvA je měření oscilací mionových neutrin na elektronová, určení rozdílů ve hmotnostech neutrin – tzv. hierarchie hmotností – a studium možností narušení symetrie mezi hmotou a antihmotou, pokud by se ukázalo, že vlastnosti oscilací neutrin a antineutrin se liší. Naše spolupráce na experimentu NOvA začala v roce 2011. Skupina z FZU přispívá k provozu vzdáleného a blízkého detektoru a účastní se směn při sběru dat a podílíme se na analýze dat. Přispíváme také k výpočetním kapacitám pro simulační úlohy pomocí počítačových prostředků umístěných ve FZÚ, např. v roce 2019 jsme dodali 12 % potřebné výpočetní kapacity experimentu NOvA. Jsme také přímo zapojeni do realizace testu části detektoru na svazku částic (tzv. „test beam“), jehož výsledky přispějí ke zpřesnění fyzikální analýzy dat. Nové předběžné výsledky dále zpřesňují naše dosavadní znalosti o oscilacích neutrin. Z výsledků kombinované analýzy oscilačních parametrů užívající jak neutrinový, tak anti-neutrinový svazek (publikovaných v [nova3]) plyne, že experiment NOvA preferuje normální uspořádání hmot neutrin („normal hierarchy“) a úhel θ23 > 45° („upper octant“), přičemž evidence objevení elektronového antineutrina v oscilacích („appearance“) v mionovém anti-neutrinovém svazku je 4,4 sigma. Ze současných kombinovaných analýz NOvA připouští nadále všechny hodnoty fáze mezi 0-2π, jde převážně o preferovaný oktant při normální rozložení hmot.