Fizicienii detectează semne de neutrini la Large Hadron Collider

Echipa internațională Forward Search Experiment, condusă de fizicieni de la Universitatea din California, Irvine, a realizat prima detectare a unui neutrin candidat produs de Large Hadron Collider la instalația CERN de lângă Geneva, Elveția.

Într-o lucrare publicată astăzi în revistă revizuire fizică dÎn 2018, cercetătorii descriu modul în care au observat șase interacțiuni cu neutrini în timpul unei rulări experimentale a unui detector de emulsie sub presiune instalat la LHC în 2018.

„Înainte de acest proiect, nu existau semne de neutrini în ciocnitorul de particule”, a spus co-autorul Jonathan Feng, profesor distins de fizică și astronomie UCI și co-lider al Colaborării FASER. „Această descoperire importantă este un pas către dezvoltarea unei înțelegeri mai profunde a acestor particule evazive și a rolului pe care îl joacă în univers”.

El a spus că descoperirea făcută în timpul pilotului a oferit echipei sale două informații importante.

„În primul rând, verificați dacă poziția înainte a punctului de interacțiune ATLAS din LHC este locația corectă pentru detectarea neutrinilor de coliziune”, a spus Feng. „În al doilea rând, eforturile noastre au demonstrat eficiența utilizării unui detector de emulsie pentru a monitoriza aceste tipuri de interacțiuni cu neutrini”.

Instrumentul experimental a fost compus din plăci de plumb și wolfram alternate cu straturi de emulsie. În timpul ciocnirilor de particule în LHC, unii neutrini au produs zdrobirea nucleelor ​​dense de metal, creând particule care călătoresc prin straturile emulsiei și creează urme vizibile după procesare. Aceste inscripții oferă indicii despre energiile și aromele particulei – tau, muon sau electroni – și dacă sunt neutrini sau antineutrini.

Potrivit lui Feng, emulsia funcționează într-un mod similar cu fotografia din era camerelor pre-digitale. Când filmul de 35 mm este expus la lumină, fotonii lasă urme care apar ca modele pe măsură ce filmul este dezvoltat. Cercetătorii FASER au putut, de asemenea, să vadă interacțiunile cu neutrini după ce straturile de emulsie din detector au fost îndepărtate și dezvoltate.

După verificarea eficienței abordării detectorului de emulsie în observarea interacțiunilor neutrinilor produși la un ciocnitorul de particuleEchipa FASER instalează acum o nouă serie de experimente folosind un instrument complet mult mai mare și mult mai sensibil”, a spus Feng.

Din 2019, el și colegii săi s-au pregătit să efectueze un experiment folosind instrumentele FASER pentru a examina materia întunecată a LHC. Ei speră să detecteze fotoni întunecați, ceea ce le-ar oferi cercetătorilor o primă privire asupra modului în care s-ar putea întâmpla acest lucru. materie întunecată Interacționează cu atomii obișnuiți și cu altă materie din univers prin alte forțe decât gravitația.

Odată cu succesul muncii lor pe neutrini din ultimii ani, echipa FASER – formată din 76 de fizicieni din 21 de instituții din nouă țări – reunește emulsie Detector cu dispozitiv FASER. În timp ce detectorul experimental cântărește aproximativ 64 de lire sterline, instrumentul FASERnu va avea mai mult de 2.400 de lire sterline și va fi mai reactiv și capabil să distingă între tipurile de neutrini.

a spus co-autorul David Kasper, co-proiect FASER-lider și profesor asociat de fizică și astronomie la UCI. „Vom descoperi neutrinii cu cea mai mare energie care au fost produși dintr-o sursă creată de om”.

Ceea ce face FASERnu unic, a spus el, este că, în timp ce alte experimente au reușit să distingă între unul sau două tipuri de neutrini, ei vor putea observa toate cele trei arome, precum și omologii lor antineutrini. Casper a spus că au fost doar aproximativ 10 observații de neutrini tau în toată istoria omenirii, dar se așteaptă ca echipa sa va fi capabilă să dubleze sau să tripleze acest număr în următorii trei ani.

„Aceasta este o conexiune incredibil de fascinantă cu tradiția din departamentul de fizică de aici la UCI”, a spus Feng, „pentru că continuă moștenirea lui Frederic Reines, membru fondator al facultății la UCI, care a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică pentru că a fost primul descoperi neutrini. „

„Am realizat un experiment de clasă mondială în cel mai important laborator de fizică a particulelor din lume în timp record și cu resurse 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”.

Savannah Shivley și Jason Arakawa, Ph.D. de la UCLA. La cercetare au contribuit și studenții la fizică și astronomie.