Големият адронен колайдер може да разкрива неуловими субатомни частици, но има един клас частици, които никога не е откривал директно, въпреки че ги произвежда в изобилие. Неутриното, малки елементарни частици, които взаимодействат толкова малко с материята, че преминават незабелязано през масивните детектори на ускорителя на частиците. Впрочем те преминават така незабелязанио и през Земята, и през самите нас.

Сега, в експеримент са забелязани първите доказателства за взаимодействия на неутрино в Големия адронен колайдер (LHC), съобщават изследователи с доклад н колаборацията FASER на 13 май в портала за препринти arXiv.org. Това може да отвори прозорец към неутрино при енергии, за които взаимодействието на частиците е слабо разбрано.

Това е първият поглед към частиците неутрино, произведени от колайдер, вид ускорител на насрещни снопове от елементарни частици, предназначен за изучаване на продуктите от тези сблъсъци. Физиците са открили неутрино от ускорителите на частици, които действат чрез разбиване на снопове частици в неподвижна цел, но не при сблъсъци. Търсенето на неутрино при сблъсъци на частици позволява на учените да изследват по-високи енергии, но също така прави неутриното по-трудно за изследване.

За да уловят взаимодействащите неутрино, изследователите използват детектор, съдържащ филм, подобен на тези, използвани за фотографии. Когато заредена частица премине през филма, тя оставя след себе си следа от траекторията си. Частиците неутрино, които нямат електрически заряд, не оставят следи в детектора. Но когато едно неутрино взаимодейства с материята вътре в детектора, то произвежда изблик на заредени частици, които показват неутриното като свой източник.

Изследователите поставят своя детектор в зона, през която преминават частици неутрино, докато сблъскват частици в детектора ATLAS на LHC. След като изчисляват колко от откритите следи може да се дължат на други частици, които могат да имитират неутрино, изследователите съобщават, че са уловили около шест взаимодействия на неутрино.

^{Частиците неутрино се наблюдават косвено при LHC, като енергийни загуби в кинематиката на сблъсъците. Директното откриване изисква специфичен детектор FASERν, който е инсталиран през декември 2019 г. и ще събира данни от 2022 г. През 2018 г. прототип FASERnu от само 29 кг е инсталиран в точка TI18, на 480 метра от точката на сблъсък (IP1) от ATLAS. Прототипът е наблюдавал 18 кандидат-неутрино събития след четири седмици събиране на данни, съвместими с между 6 и 12 мюонни неутрино. Кредит: FASER/CERN}

^{Илюстрацията показва позицията на прототипа FASERnu, постигнал първото директно откриване на мюонно неутрино в LHC. Той също така показва позицията на FASERnu детектора в точка TI12, както и посоката на неутринния сноп, който напуска точката на сблъсък IP1 към споменатия детектор. Въпреки че разстоянието, което ги разделя, е 480 метра, последните ~ 100 метра са скали. Кредит: FASER/CERN}

^{Тази фигура показва 18-те наблюдавани събития, заедно с прогнозата за фона (11,9 събития) и за неутринния сигнал (6,1 събития). Изглежда, че трите пикови събития са ясен знак за директно откриване, но могат да се изключи само това, че съответстват на фоновите колебания с 2.7 сигма статистическа значимост. Може би след няколко години (2024) ще бъде публикуван подобен анализ с първите резултати от FASERnu, който ще включва първото директно откриване с повече от пет сигми на мюонно неутрино (и електронно с около три сигми) в LHC. Кредит: FASER/CERN}

LHC, разположен в близост до Женева, е спрян за ъпгрейт от 2018 г. Експериментът, извършен малко преди спирането, служи като тест за бъдещ експеримент, наречен FASERν, който ще стартира, когато LHC се рестартира през 2022 г. FASERν се очаква да открие около 10 000 неутрино през следващия период на работа на LHC от 2022 до 2024.

С FASERν изследователите ще измерват напречните сечения на неутрино, мярка за това колко вероятно е частиците да взаимодействат с материята. Това е важно за възможността да се извършват други измервания на неутриното.

Например учените могат да разберат, че са произведени високоенергийни неутрино именно от експлодиращи звезди и други космически източници, но за тази цел учените трябва да знаят колко е вероятно тези неутрино да взаимодействат с детекторите.

Напречните сечения зависят от енергиите на частиците и в LHC „можем да изучаваме диапазона енергии, който не сме изучавали“, коментира физикът Томоко Арига (Tomoko Ariga) от Университета Кюшу във Фукуока, Япония, член на колаборацията FASER.

Справка: FASER Collaboration. First neutrino interaction candidates at the LHC. arXiv:2105.06197. Posted May 13, 2021.

Източник: In a first, neutrinos were caught interacting at the Large Hadron Collider, Science news

Още по темата

07/04/2021

Физика

Търсенето на "нова физика" в субатомния свят

15/03/2021

Космос

Как най-малките частици в нашата Вселена ни спасиха от пълно унищожение

24/02/2021

Космос

Призрачна частица от разкъсана звезда разкрива космически ускорител на частици (видео)

18/01/2021

Космос

Може би са открити следи от тайнствена частица, предсказана преди десетилетия