罗马智慧女神密涅瓦的描绘显示她穿着飘逸的长袍，戴着高贵的战争头盔，手里拿着一只猫头鹰。相比之下，MINERvA实验有一个巨大的粒子探测器，其正面写着合作科学家的名字。
虽然外观截然不同，但这个中微子实验为科学家提供了深刻的智慧，就像它的同名代表一样。在众多见解中，科学家们利用MINERvA更好地了解质子(原子的组成部分之一)的大小和结构。
MINERvA是能源部费米实验室的中微子散射实验。中微子是微小的电中性粒子，数量极其丰富。太阳、其他恒星和许多不同的物体通过原子反应产生它们。事实上，宇宙中的中微子比任何其他有质量的粒子都多。
尽管中微子无处不在，但我们从未注意到中微子，因为它们几乎不与任何东西发生反应。研究中微子对于理解宇宙过去如何形成和现在如何运作至关重要。
为了更好地了解这种基本粒子，科学家们研究了中微子在极少数情况下如何与材料相互作用。MINERvA的使命是捕捉这些相互作用。
它使用高强度中微子束来研究它们如何与五种不同元素的原子核相互作用。通过让中微子撞击由不同材料(水、氦、碳、铁、铅和塑料)制成的目标，科学家可以比较反应。绘制出不同的相互作用将有助于科学家分析其他实验的结果，例如即将进行的深层地下中微子实验。
除了这个目标之外，MINERvA合作组织的科学家们还发现了他们数据的另一个巧妙用途——研究质子的大小和结构。
质子和中子一起构成了我们以及我们周围一切物质的原子核。它们是我们每天接触的物质的组成部分之一。
但研究亚原子粒子比研究更大的物体要困难得多。亚原子粒子太小，无法用显微镜等普通工具进行研究。此外，亚原子粒子的“尺寸”与用尺子测量的物体尺寸的含义并不完全相同。相反，科学家们研究将质子结合在一起的力。
过去，科学家利用电磁力研究质子的大小。电磁力是宇宙的四种基本力之一。磁场、电场，甚至光都受到电磁力的影响。它将电子与原子中的原子核(由质子和中子组成)结合。它也对细胞核的结构负有部分责任。
为了表示质子的大小，科学家通常使用电荷半径。这是质子中分布的电荷的平均半径。为了测量这一特性，科学家将单一能量的电子束瞄准目标。电子以许多不同的方向和能量飞离质子，这为科学家提供了有关质子内部结构的信息。
利用这项技术，科学家们能够非常精确地测量质子的平均电荷半径的大小，从而测量提供电荷的夸克的大小。
由TejinCai(当时是罗切斯特大学的博士生)领导的MINERvA合作采取了不同的方法。这个想法是利用反中微子(中微子的反物质双胞胎)来研究质子。
由于中微子(和反中微子)不带电荷，因此它们不会通过电磁力相互作用。相反，中微子将通过质子中的弱力相互作用。弱力和引力是中微子与任何物体相互作用的唯一两种方式。
尽管它的名字如此，弱的力量却是强大的。这四种基本力中的另一种，它使质子变成中子，反之亦然。这些过程驱动太阳和其他恒星的核反应。中微子提供了研究弱力的独特工具。
但弱力只有当粒子非常非常接近时才会发挥作用。当中微子在太空中翱翔时，它们通常会穿过原子电子和原子核之间(相对)广阔的空间。
大多数时候，中微子距离质子不够近，无法通过弱力相互作用。为了获得足够的测量结果，科学家需要向目标发射数量惊人的中微子或反中微子。
MINERvA强大的中微子束和多样化的目标使这一目标成为可能。在理想的世界中，科学家会将中微子瞄准由纯中子组成的目标，或将反中微子瞄准由纯质子组成的目标。通过这种方式，科学家可以获得最具体的测量结果。不幸的是，这不是一个非常现实的实验设置。
但MINERvA已经有了第二好的东西——大量的反中微子和一个由聚苯乙烯制成的靶。聚苯乙烯是构成泡沫塑料的材料，由氢与碳结合而成。利用这个靶，科学家可以测量反中微子如何与氢和碳相互作用。
为了将氢从碳中分离出来，科学家们采用了一种类似于拍照然后删除背景的方法，这样你就可以专注于少数几个项目。为了确定这些“背景”中微子-碳相互作用，科学家们研究了中子。
当反中微子与碳中的质子或氢中的质子相互作用时，它们会产生中子。通过追踪中子，科学家可以反向工作，从氢-反中微子相互作用中识别并去除碳-反中微子相互作用。
获得所需数量的相互作用真正考验了MINERvA的能力。在三年的时间里，科学家记录了超过一百万次反中微子与其他粒子的相互作用。其中只有5,000次是与氢相互作用。
这些数据最终使科学家能够利用中微子计算质子的大小。他们计算了质子的弱电荷半径，而不是电荷半径。这是科学家第一次使用中微子对这一特性进行统计上显着的测量。
考虑到不确定性，该结果与之前测量的质子电荷半径非常接近。由于它从根本上测量构成质子的夸克和胶子的空间分布，因此预计该值将相似。
这项新技术为科学家提供了研究质子结构的另一种工具。这证明了当科学家创造性地思考利用现有实验探索新的研究领域时，我们可以获得智慧。