NOvA實(shí)驗(yàn)以使用費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室加速器的粒子束測量中微子振蕩而聞名，它一直將目光投向天空，研究從超新星到磁單極子的各種現(xiàn)象。很大程度上要?dú)w功于現(xiàn)代計(jì)算功能，研究人員可以同時(shí)收集和分析這些主題的數(shù)據(jù)以及美國能源部Fermilab所在地的初級中微子程序的數(shù)據(jù)。

NOvA研究的最戲劇性的天體物理學(xué)現(xiàn)象是超新星。當(dāng)一顆巨大的恒星崩潰時(shí)，它會在中微子爆發(fā)時(shí)釋放其99%的能量。其余1%成為可見的超新星，其亮度足以超過整個(gè)星系。盡管中微子比光子(稱為光子)攜帶的能量要多得多，但難以捉摸的中微子卻很難觀察到。每年發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)可見光超新星，但是自中微子探測器時(shí)代來臨以來，只有一個(gè)足夠近，足以通過中微子簽名：SN 1987A在我們銀河系的衛(wèi)星星系中看到。

NOvA的粒子探測器(費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的近探測器和明尼蘇達(dá)州北部的遠(yuǎn)探測器)都能夠探測超新星產(chǎn)生的中微子。每個(gè)超新星-中微子的信號看起來都比加速器產(chǎn)生的中微子束的信號小得多，但是仍然可以觀察到。如果要在我們的銀河系中誕生超新星，NOvA的14,000噸遠(yuǎn)探測器將在幾秒鐘的爆發(fā)中看到數(shù)千個(gè)中微子，而300噸近探測器將發(fā)現(xiàn)數(shù)十個(gè)。

在即將出版的《宇宙學(xué)與天體物理學(xué)雜志》上的一篇新論文中，NOvA協(xié)作描述了將用于觸發(fā)此類爆發(fā)的系統(tǒng)。由于附近超新星的稀有性和中微子數(shù)據(jù)的高價(jià)值，NOvA使用了多個(gè)冗余系統(tǒng)來確保收集超新星數(shù)據(jù)。除了對自己的數(shù)據(jù)中的中微子爆發(fā)進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)搜索外，NOvA還訂閱了超新星預(yù)警系統(tǒng)或SNEWS，這是一個(gè)中微子實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)它們中的任何兩個(gè)看到類似超新星活動時(shí)，都會相互發(fā)出警報(bào)。同一時(shí)間。當(dāng)觀測到引力波事件時(shí)，NOvA還訂閱LIGO / Virgo合作機(jī)構(gòu)發(fā)送的警報(bào)，并將每個(gè)事件都視為潛在的有趣數(shù)據(jù)源。由于引力波天文學(xué)是全新的，

說明多數(shù)人的最簡單的模型重力波事件-黑洞在合并真空不能預(yù)測的顆粒排放。但是，如果黑洞在氣態(tài)介質(zhì)中融合，粒子將被加速，從而可能導(dǎo)致可觀察到的信號。其他解釋某些引力波事件的更奇特的替代模型也可能產(chǎn)生NOvA可見的粒子爆發(fā)。

可能觸發(fā)NOvA的另一種情況是身份錯(cuò)誤的情況，其中超新星被錯(cuò)誤地識別為黑洞引力波事件。這項(xiàng)合作對NOvA可見的任何發(fā)射進(jìn)行了搜索，范圍從超新星狀的中微子到大到足以照亮整個(gè)遠(yuǎn)探測器的高能粒子陣雨。到目前為止，利用截至2019年中期的兩打重力波事件，NOvA尚未發(fā)現(xiàn)任何信號的跡象。結(jié)果出現(xiàn)在Physical Review D中。NOvA將繼續(xù)檢查所報(bào)告的事件。隨著重力波探測器的功能在未來幾年內(nèi)將迅速提高，將有更多的機(jī)會參與新發(fā)現(xiàn)。

在離家較近的地方，NOvA的地下近距離探測器已用于檢查地下宇宙射線μ子的季節(jié)性變化。宇宙射線是來自外太空的粒子，不斷從天上降下。它們在高層大氣中與粒子碰撞，產(chǎn)生介子。mu子的數(shù)量受大氣條件的影響，夏季到達(dá)地下探測器的mu子的總數(shù)更高。夏天的密度較小的大氣層有利于μ子的產(chǎn)生，而冬天的密度較高的大氣層往往會降低μ子母粒的能量。NOvA是繼其前身MINOS之后的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，它觀察到當(dāng)計(jì)算同時(shí)到達(dá)的成對μ對子(而不是單個(gè)μ子)時(shí)，這種季節(jié)性相關(guān)性被翻轉(zhuǎn)了。

NOvA還使用其大型遠(yuǎn)距離探測器尋找其他奇異的宇宙現(xiàn)象。在關(guān)于arXiv的新論文中，合作報(bào)告了對磁性單極子的搜索。這些假設(shè)的粒子帶有一個(gè)單一的電荷-北極或南極，但不能同時(shí)存在。從未觀察到，單極子的存在將有助于將物理學(xué)中的基本理論聯(lián)系在一起，并為描述電磁學(xué)的麥克斯韋方程式帶來令人滿意的對稱性。磁單極子可能是宇宙射線的稀有成分，而NOvA遠(yuǎn)探測器是一種功能非常強(qiáng)大的宇宙射線探測器，能夠觀察詳細(xì)的粒子軌跡。與大多數(shù)以前的中微子探測器和許多以前的單極子探測器不同，它不在地下。這意味著，如果單極子的速度相對較慢且較輕，則它們將達(dá)到NOvA，這與先前搜索中使用的檢測器不同。使用少量早期數(shù)據(jù)，NOvA研究人員在從未搜索到的質(zhì)量范圍內(nèi)搜索了單極子。他們沒有看到任何東西，因此排除了大量的輕質(zhì)單極子。他們將檢查更多數(shù)據(jù)以收緊這些限制，或者也許只是發(fā)現(xiàn)難以捉摸的粒子。

大自然的宇宙加速器繼續(xù)為NOvA合作研究提供有趣的物理學(xué)。