埃林·康利，费米国家加速器实验室 沙丘科学家将研究爆炸恒星发出的中微子流
沙丘的独特优势在于它对一种叫做电子中微子的特殊类型的中微子的敏感性，这将为科学家提供从其他实验中得不到的超新星数据
学分:费米实验室 当一颗大质量恒星到达生命的尽头时，它会在一个被称为超新星的过程中爆炸
这颗巨大的恒星——比我们的太阳大得多——其核心的燃料已经耗尽
重力迫使核心自行坍塌，导致冲击波形成，并将恒星物质喷入太空
金属和碳等重元素一起被排入宇宙
然而，恒星99%的能量是以中微子的形式释放的，这是一种几乎不与周围物质相互作用的无电荷小粒子
当它们中的一些到达地球时，它们以三种形式到达——电子、μ子和τ——在几十秒钟的爆发中
事实上，它们很少与物质相互作用，这些中微子中的每一个都只包含相对少量的能量，这使得它们在地球上更难观察到
科学家曾在1987年观察到超新星中微子
大约有24个中微子在遍布全球的几个粒子探测器中相互作用，这些中微子让我们了解了大质量恒星的生命周期以及它们是如何死亡的
然而，24个中微子不足以告诉我们超新星是如何发生的
存在数十种不同的理论和模型来描述超新星爆发过程
为了全面描述它，我们需要观察更多来自核心坍缩超新星的中微子
进入费米实验室主持的国际深层地下中微子实验
沙丘将研究中微子的特性，寻找新的物理学，同时等待超新星中微子的到来
该实验将包括两个粒子探测器——位于费米实验室的“近探测器”和位于1300公里外南达科他州桑福德地下研究设施的“远探测器”
远探测器是大多数超新星中微子被探测到的地方
探测器的巨大尺寸——70，000吨液态氩——加上其令人印象深刻的灵敏度，意味着在我们银河系的下一颗超新星期间，可以观察到数千个中微子
沙丘合作发表了一篇关于沙丘执行超新星物理的能力的论文
这篇论文讨论了在超新星爆发期间，沙丘科学家期望在他们的探测器中看到什么样的活动，一旦超新星爆发，沙丘将如何知道，以及沙丘将能够从超新星中微子中提取什么结果
沙丘将主要对中微子的电子味成分敏感，这是我们收集的超新星中微子数据中的一种新类型，到目前为止，它仅由1987年的反电子中微子样本组成
这种对电子中微子的敏感性使DUNE有别于其他实验；这是世界上唯一一个可以精确测量电子味道的实验
当超新星中微子和氩原子相互作用时，组成氩原子的质子和中子可以被提升到更高的能量状态
氩原子然后去激发，结果可以发射出各种各样的粒子
这些包括伽马射线、中子和质子，所有这些都可能在沙丘探测器中留下信号
沙丘的主要特征将来自相互作用中发射的电子
短电子轨迹和次级粒子(甚至更短的“光点”)构成了沙丘中占主导地位的超新星信号
随着核心坍塌的进行，中微子将离开爆炸的恒星
沙丘应该能够区分超新星爆发的不同阶段，因为它留下了不同的相互作用和信号
这有助于限制超新星通量——每秒离开超新星的中微子数量——以及爆炸机制
不同的超新星通量模型将在沙丘探测器中产生不同数量的中微子相互作用和信号
对于一个特殊的通量模型，称为收缩热模型，几个参数控制着中微子能量和预期的相互作用次数
本文描述了从预期的沙丘超新星信号测量通量模型参数的方法的发展
沙丘的信号会受到探测器的特殊特性、探测器阈值和输入模型的影响
为了最精确地测量通量参数，必须考虑这些不确定性
沙丘合作将研究中微子的特性以及为什么中微子到达探测器后恒星就会死亡
随着物理学家继续完善和改进沙丘设计，他们将继续研究中微子，以解开核心坍塌超新星爆发背后的谜团
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