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在William & 玛丽物理学家的帮助下,费米佳博体育将NOvA放到了网上

Checking the detector
检查探测器 威廉玛丽大学物理学副教授帕特里夏·瓦勒在费米佳博体育检查新星探测器原型的运行情况。瓦勒是威廉和玛丽物理学家合作进行800英里基线中微子实验的几位物理学家之一,该实验刚刚全面投入运行。图片来源:Reidar Hahn/Fermilab

这是美国有史以来最强大的基于加速器的中微子实验,也是世界上距离最远的实验。经过近五年的建设,科学家们现在正在使用两个相距500英里的大型探测器来研究自然界中最难以捉摸的亚原子粒子之一。

中微子是数量最多、最难研究的粒子之一,科学家们相信,更好地了解中微子,可能会让我们更清楚地了解物质的起源和宇宙的内部运作。利用世界上最强大的中微子束,在芝加哥附近的美国能源部费米国家加速器佳博体育产生,NOvA实验可以精确地记录下这些幽灵粒子与物质相互作用的罕见情况的痕迹。

威廉和玛丽物理学家是新星的合作者之一。物理学副教授帕特里夏·瓦勒(Patricia Vahle)作为强度前沿研究员在费米佳博体育工作了一年,自2008年以来一直在研究新星。物理学副教授杰弗里·纳尔逊(Jeffrey Nelson)参与该项目已有十年之久,他曾参加斯坦福大学的一系列会议,讨论下一代中微子研究的想法。NOvA就是这些对话的结果之一。

其他参与NOvA合作的威廉玛丽科学家包括刘九和马可Colón,他们都是物理学博士生。与瓦勒一起工作的博士后研究员亚历克斯·拉多维奇(Alex Radovic)是费米佳博体育的常驻研究员。《科学》杂志引用了瓦勒本人对NOvA创业公司的看法。

NOvA的两个大型中微子探测器的建设始于2009年。今年9月,美国能源部正式宣布,该实验的建设工作已按计划完成,而且没有超出预算。

美国能源部高能物理科学副主任詹姆斯·西格里斯特说:“祝贺新星合作项目成功完成了这一重要而激动人心的实验的建设阶段。”“随着每一次中微子相互作用的记录,我们对这些粒子及其在塑造宇宙中的作用有了更多的了解。”

NOvA的两个粒子探测器都是在中微子束从伊利诺伊州巴达维亚费米佳博体育发送到明尼苏达州北部的路径上建造的。这个300吨重的近地探测器安装在佳博体育的地下,在中微子以接近光速穿越地球时进行观测,而不需要隧道。这个1.4万吨的远距探测器建在明尼苏达州的阿什河,靠近加拿大边境,它在中微子经过500英里的旅程后发现了这些中微子,并允许科学家分析它们在这么长的距离内是如何变化的。

在接下来的六年里,费米佳博体育将以每秒数万亿个中微子的方式向两个探测器发射一束中微子,科学家们预计每天只能在远处的探测器上捕捉到几个中微子,因此中微子很少与物质相互作用。

从这些数据中,科学家们希望更多地了解中微子如何以及为什么在一种类型和另一种类型之间变化。这三种类型分别是介子、电子和中微子。在更远的距离上,中微子可以在这两种口味之间转换。NOvA是专门用来研究介子中微子转变为电子中微子的。解开这个谜团可能有助于科学家理解为什么宇宙是由物质组成的,以及为什么物质在大爆炸后没有被反物质湮灭。

科学家们还将探测这三种中微子的未知质量,试图确定哪种中微子最重。

“中微子研究是费米佳博体育未来的基石之一,也是全球粒子物理项目的重要组成部分,”费米佳博体育主任奈杰尔·洛克耶说。“我们为NOvA团队完成这个世界级实验的建设感到自豪,我们期待着在2015年看到第一批结果。”

位于明尼苏达州的探测器被认为是世界上最大的独立塑料结构,长200英尺,高50英尺,宽50英尺。这两个探测器都是由聚氯乙烯构成的,并充满了一种闪烁的液体,当中微子与之相互作用时就会发光。光纤电缆将光传输到数据采集系统,该系统生成这些相互作用的三维图像供科学家分析。

2013年11月,位于阿什河的新星远距探测器首次发现了远距离中微子。根据与费米佳博体育的协议,远探测器由明尼苏达大学(University of Minnesota)操作,明尼苏达大学的学生受雇制造这两个探测器的部件。

“建造新星探测器是一个广泛的努力,涉及几个国家的数百人,”新星实验的联合发言人加里·费尔德曼(Gary Feldman)说。“看到建设完成,运营阶段开始,对我们所有人来说都是一个胜利,也是对整个合作的辛勤工作的证明。”

新星合作项目由来自美国、巴西、捷克共和国、希腊、印度、俄罗斯和英国38个机构的208名科学家组成。这项实验得到了美国能源部、国家科学基金会和其他资助机构的资助。

欲了解更多信息,请访问该实验的网站。

注:NOvA代表NuMI离轴电子中微子外观。NuMI本身是一个缩写,代表来自主注入器的中微子,费米佳博体育的旗舰加速器。

费米佳博体育是美国首屈一指的粒子物理和加速器研究国家佳博体育。费米佳博体育是美国能源部科学佳博体育办公室,位于伊利诺伊州芝加哥附近,由费米研究联盟有限责任公司合同运营。访问费米佳博体育的网站www.fnal.gov并关注我们的Twitter @FermilabToday。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大单一支持者,正在努力解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。更多信息,请访问science.energy.gov。