NOvA mengalihkan pandangannya ke langit


NOvA mengalihkan pandangannya ke langit

  • Detektor jauh NOvA - salah satu dari dua detektor partikel yang digunakan dalam percobaan NOvA - terletak di Minnesota utara. Jika supernova lahir di galaksi kita, instrumen seberat 14.000 ton akan melihat ribuan neutrino dalam beberapa detik.

    Kredit: Foto: Reidar Hahn, Fermilab

    Detektor jauh NOvA – salah satu dari dua detektor partikel yang digunakan dalam percobaan NOvA – terletak di Minnesota utara. Jika supernova lahir di galaksi kita, instrumen seberat 14.000 ton akan melihat ribuan neutrino dalam beberapa detik.

  • Jika Betelgeuse menggunakan supernova, data dalam detektor jauh NOvA akan terlihat serupa dengan yang ditampilkan di tampilan peristiwa yang disimulasikan ini. Kotak kuning dan oranye yang lebih besar menunjukkan respons simulasi terhadap neutrino, sedangkan kotak biru kecil adalah noise.

    Kredit: Gambar: Kolaborasi NOvA

    Jika Betelgeuse menggunakan supernova, data di detektor jauh NOvA akan terlihat serupa dengan yang ditampilkan di tampilan peristiwa yang disimulasikan ini. Kotak kuning dan oranye yang lebih besar menunjukkan respons simulasi terhadap neutrino, sedangkan kotak biru kecil adalah noise.


Eksperimen NOvA, yang terkenal karena pengukuran osilasi neutrino menggunakan berkas partikel dari akselerator Fermilab, telah mengalihkan pandangannya ke langit, memeriksa fenomena mulai dari supernova hingga monopole magnetik. Berkat sebagian besar kemampuan komputasi modern, para peneliti dapat mengumpulkan dan menganalisis data untuk topik ini secara bersamaan, serta untuk program neutrino utama di Fermilab Departemen Energi AS, yang menjadi basisnya.

Fenomena astrofisika paling dramatis yang dipelajari NOvA adalah supernova. Ketika sebuah bintang masif runtuh, ia melepaskan 99% energinya dalam ledakan neutrino. 1% lainnya menjadi supernova yang terlihat, cukup terang untuk mengungguli seluruh galaksi. Sementara neutrino membawa jauh lebih banyak energi daripada partikel cahaya, yang disebut foton, neutrino yang sulit ditangkap jauh lebih sulit untuk diamati. Ratusan supernova cahaya tampak ditemukan setiap tahun, tetapi hanya satu sejak awal era detektor neutrino telah cukup dekat untuk terlihat melalui tanda tangan neutrino: SN 1987A, di galaksi satelit Bima Sakti.

Kedua detektor partikel NOvA – detektor dekat di Fermilab dan detektor jauh di Minnesota utara – mampu mendeteksi neutrino yang dihasilkan oleh supernova. Setiap tanda supernova-neutrino akan tampak jauh lebih kecil daripada yang berasal dari berkas neutrino yang dihasilkan oleh akselerator, tetapi masih dapat diamati. Jika supernova dilahirkan di galaksi kita, detektor jarak jauh NOvA yang berkekuatan 14.000 ton akan melihat ribuan neutrino ini dalam ledakan beberapa detik, dan lusinan detektor dekat 300 ton.

Dalam makalah baru yang akan diterbitkan dalam Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, kolaborasi NOvA menjelaskan sistem yang akan digunakan untuk memicu ledakan tersebut. Karena kelangkaan supernova di dekatnya dan tingginya nilai data neutrino, NOvA menggunakan beberapa sistem redundan untuk memastikan pengumpulan data supernova. Selain menjalankan pencarian real-time terus menerus untuk ledakan neutrino dalam datanya sendiri, NOvA berlangganan Sistem Peringatan Dini Supernova, atau SNEWS, jaringan eksperimen neutrino yang saling memperingatkan ketika ada dua dari mereka melihat aktivitas seperti supernova di waktu yang sama. NOvA juga berlangganan peringatan yang dikirim oleh kolaborasi LIGO / Virgo ketika peristiwa gelombang gravitasi diamati, memperlakukan masing-masing sebagai sumber potensial data yang menarik. Karena astronomi gelombang gravitasi masih baru, ada potensi kejutan yang besar.

Model paling sederhana yang menjelaskan sebagian besar peristiwa gelombang gravitasi – lubang hitam yang bergabung dalam ruang hampa – tidak memprediksi emisi partikel. Tetapi jika lubang hitam bergabung dalam media gas, partikel akan dipercepat, kemungkinan mengarah ke sinyal yang dapat diamati. Model alternatif lain yang lebih eksotis menjelaskan beberapa peristiwa gelombang gravitasi juga dapat menghasilkan ledakan partikel yang terlihat oleh NOvA.

Skenario lain yang dapat memicu NOvA adalah kasus kesalahan identitas, di mana supernova salah diidentifikasi sebagai peristiwa gelombang gravitasi lubang hitam. Kolaborasi ini melakukan pencarian emisi yang terlihat oleh NOvA, mulai dari neutrino mirip supernova hingga hujan partikel berenergi tinggi yang cukup besar untuk menerangi seluruh detektor jauh. Hingga saat ini, dengan menggunakan dua lusin peristiwa gelombang gravitasi yang dilaporkan hingga pertengahan 2019, NOvA tidak menemukan indikasi adanya sinyal. Hasil ini muncul di Tinjauan Fisik D. NOvA akan terus memeriksa peristiwa seperti yang dilaporkan. Dengan kemampuan detektor gelombang gravitasi yang akan meningkat pesat dalam beberapa tahun mendatang, akan ada lebih banyak peluang untuk berpartisipasi dalam penemuan baru.

Lebih dekat ke rumah, detektor dekat bawah tanah NOvA telah digunakan untuk memeriksa variasi musiman muon sinar kosmik di bawah tanah. Sinar kosmik adalah partikel dari luar angkasa yang terus turun hujan dari langit. Mereka bertabrakan dengan partikel di atmosfer atas, menghasilkan muon. Jumlah muon dipengaruhi oleh kondisi atmosfer, dan jumlah muon yang mencapai detektor bawah tanah lebih tinggi di musim panas. Atmosfer musim panas yang kurang padat mendukung produksi muon, sedangkan atmosfer musim dingin yang lebih padat cenderung menurunkan energi partikel induk muon. NOvA adalah percobaan kedua, setelah pendahulunya MINOS, untuk mengamati bahwa korelasi musiman ini dibalik pasangan jumlah muon yang tiba secara bersamaan, bukan muon tunggal, dihitung. Ini lebih sering terjadi di musim dingin karena alasan yang tidak dipahami dengan baik.

NOvA juga menggunakan detektor jauhnya yang besar untuk mencari fenomena kosmik eksotis lainnya. Dalam makalah baru di arXiv, kolaborasi tersebut melaporkan pencarian untuk monopole magnetik. Partikel hipotetis ini membawa satu muatan magnet – baik kutub utara atau selatan, tetapi tidak keduanya. Tidak pernah diamati, keberadaan monopole akan membantu menyatukan teori fundamental dalam fisika, serta membawa kesimetrian yang memuaskan pada persamaan Maxwell yang menjelaskan elektromagnetisme. Monopole magnetik mungkin merupakan komponen sinar kosmik yang langka, dan detektor jarak jauh NOvA adalah detektor sinar kosmik yang sangat mumpuni, mampu mengamati jejak partikel yang detail. Tidak seperti kebanyakan detektor neutrino sebelumnya dan banyak detektor monopole sebelumnya, detektor ini tidak berada di bawah tanah. Ini berarti bahwa jika monopole berubah menjadi partikel yang relatif lambat dan ringan, mereka akan mencapai NOvA, tidak seperti detektor yang digunakan dalam pencarian sebelumnya. Dengan menggunakan sekumpulan kecil data awal, para peneliti NOvA mencari monopole dalam rentang massa yang belum pernah dicari sebelumnya. Mereka tidak melihat apapun, mengesampingkan aliran besar monopole ringan. Mereka akan memeriksa data lebih lanjut untuk memperketat batasan ini atau, mungkin saja, untuk menemukan partikel yang sulit dipahami.

Akselerator kosmik alam terus memberikan fisika yang menarik untuk dipelajari oleh kolaborasi NOvA.

Matthew Strait adalah fisikawan Universitas Minnesota pada eksperimen neutrino NOvA.

Fermilab didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS. Office of Science adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan sedang bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi science.energy.gov.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author