Pentru prima dată, fizicienii detectează semne de neutrini într-un mare ciocnitor de hadron
O premieră științifică la CERN, o avanpremieră a următoarei campanii de cercetare de 3 ani.
Echipa internațională de experimentare a cercetării avansate, condusă de fizicieni de la Universitatea din California din Irvine, a realizat prima detectare a neutrinilor candidați produși de Large Hadron Collider la CERN unitate de lângă Geneva, Elveția.
Într-un articol publicat pe 24 noiembrie 2021 în jurnal Examenul fizic D, cercetătorii descriu modul în care au observat șase interacțiuni cu neutrini în timpul unui test pilot al unui detector de emulsie compact instalat la LHC în 2018.
„Înainte de acest proiect, niciun semn de neutrini nu a fost observat vreodată într-un ciocnitor de particule”, a spus coautorul Jonathan Feng, profesor emerit de fizică și astronomie la UCI și co-șeful colaborarii FASER. „Această descoperire semnificativă este un pas către dezvoltarea unei înțelegeri mai profunde a acestor particule evazive și a rolului pe care acestea îl joacă în univers”.
El a spus că descoperirea făcută în timpul pilotului a oferit echipei sale două informații esențiale.
„În primul rând, el a verificat că poziția dinaintea punctului de interacțiune ATLAS de la LHC este locația corectă pentru a detecta neutrinii de coliziune”, a spus Feng. „În al doilea rând, eforturile noastre au demonstrat eficiența utilizării unui detector de emulsie pentru a observa acest tip de interacțiuni cu neutrini”.
Instrumentul pilot era format din plăci de plumb și tungsten alternate cu straturi de emulsie. În ciocnirile de particule la LHC, unii dintre neutrinii produși se sparg în nucleele metalelor dense, creând particule care trec prin straturile de emulsie și creează urme care sunt vizibile după procesare. Aceste gravuri oferă indicii despre energiile particulelor, despre aromele lor – tau, muon sau electroni – și dacă sunt neutrini sau antineutrini.
Potrivit lui Feng, emulsia funcționează într-un mod similar cu fotografia din era camerelor digitale. Când un film de 35 de milimetri este expus la lumină, fotonii lasă urme care apar ca modele pe măsură ce filmul este dezvoltat. Cercetătorii FASER au putut, de asemenea, să observe interacțiunile cu neutrini după îndepărtarea și dezvoltarea straturilor de emulsie din detector.
„După verificarea eficienței abordării detectorului de emulsie pentru observarea interacțiunilor neutrinilor produși într-un ciocnitor de particule, echipa FASER pregătește acum un nou set de experimente cu un instrument complet mult mai mare și mult mai mare, mai sensibil”, a spus Feng.
Din 2019, el și colegii săi s-au pregătit să efectueze un experiment cu instrumente FASER pentru a studia materia întunecată la LHC. Ei speră să detecteze fotoni întunecați, ceea ce le-ar oferi cercetătorilor o primă privire asupra modului în care materia întunecată interacționează cu atomii normali și cu altă materie din univers prin forțe non-gravitaționale.
Bazându-se pe succesul muncii lor pe neutrini din ultimii ani, echipa FASER – formată din 76 de fizicieni din 21 de instituții din nouă țări – combină un nou detector de emulsie cu dispozitivul FASER. În timp ce detectorul pilot cântărea în jur de 64 de lire sterline, instrumentul FASERnu va cântări peste 2.400 de lire sterline și va fi mult mai receptiv și capabil să diferențieze soiurile de neutrini.
„Având în vedere puterea noului nostru detector și locația sa principală la CERN, ne așteptăm să putem înregistra peste 10.000 de interacțiuni cu neutrini în următorul ciclu LHC, începând din 2022”, a declarat coautorul David Casper, co-proiect FASER. -conducator si profesor asociat de fizica si astronomie la UCI. „Vom detecta cei mai energici neutrini care au fost produși vreodată dintr-o sursă artificială”.
Ceea ce face FASERnu unic, a spus el, este că, deși alte experimente ar fi putut distinge între unul sau două tipuri de neutrini, el va putea observa toate cele trei arome, precum și omologii lor antineutrini. Casper a spus că au existat doar o duzină de observări de neutrini tau în toată istoria omenirii, dar se așteaptă ca echipa sa să dubleze sau să tripleze acest număr în următorii trei ani.
„Este o legătură incredibil de frumoasă cu tradiția departamentului de fizică de aici la UCI”, a spus Feng, „pentru că continuă cu moștenirea lui Frederick Reines, membru fondator al facultății UCI, care a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică pentru că a fost primul care a descoperit neutrini.
„Am realizat un experiment de clasă mondială în primul laborator de fizică a particulelor din lume în timp record și cu surse foarte neconvenționale”, a spus Casper. „Avem o mare datorie de recunoștință față de Fundația Heising-Simons și Fundația Simons, precum și către Societatea Japoneză pentru Promovarea Științei și CERN, care ne-au susținut cu generozitate. „
Referință: „Candidații timpurii pentru interacțiunea cu neutrini la LHC” de Henso Abreu și colab. (colaborare FASER), 24 noiembrie 2021, Examenul fizic D.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101
Savannah Shively și Jason Arakawa, Ph.D. UCI. La articol au contribuit și studenții la fizică și astronomie.