Първото наблюдение на "неуловимите" частици неутрино в Големия адронен колайдер

Ваня Милева Последна промяна на 30 август 2023 в 00:00 1745 0

Последните елементи на детектора FASER (Forward Search Experiment) са инсталирани в тунела TI12 на Големия адронен колайдер (LHC). Той се намира по протежение на оста на сблъсък на лъча, на 480 м от точката на взаимодействие ATLAS, в неизползван обслужващ

Кредит Maximilien, Brice; Ordan, Julien, FASER Collaboration

Последните елементи на детектора FASER (Forward Search Experiment) са инсталирани в тунела TI12 на Големия адронен колайдер (LHC). Той се намира по протежение на оста на сблъсък на лъча, на 480 м от точката на взаимодействие ATLAS, в неизползван обслужващ тунел, който преди това е свързвал Суперпротонния синхротрон (SPS) с Големия електрон-позитронен колайдер (LEP). FASER започна да събира данни през юли 2022 г. в началото на LHC Run 3.

Неутриното са малки и неутрално заредени частици, вписани в Стандартния модел на физиката на елементарните частици. Те са в изобилие, но са толкова различни от останалата материя, че преминават през нея като призраци, което им печели прозвището „призрачни частици“.

Неутрино се произвеждат във високо енергийни условия като ядрения синтез, възникващ вътре в звезди или експлозии на свръхнови. И макар че може да не ги забелязваме, физиците смятат, че тяхната маса - независимо колко малка е - вероятно влияе върху гравитацията на Вселената.

Частици неутрино, произведени в ускорители на частици, отдавна се търсят от физиците, тъй като те могат да ни разкажат за дълбокия космос по нов начин. Тези много високоенергийни неутрино са важни за разбирането на наистина вълнуващи наблюдения в астрофизиката на частиците.

Резултатите, получени с помощта на детектора FASERnu в Големия адронен колайдер (LHC), са представени на 57-ата конференция Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories в Италия.

„Открихме неутрино от напълно нов източник – колайдери на частици – където два лъча частици се сблъскват един с друг при изключително висока енергия“, съобщава физикът Джонатан Лий Фън (Jonathan Lee Feng) от Калифорнийския университет в Ървайн.

Загадката на неутриното

Неутриното са сред най-разпространените субатомни частици във Вселената, на второ място след фотоните. Но те нямат електрически заряд, масата им е почти нула и почти не взаимодействат с други частици, които срещат по пътя си. Стотици милиарди неутрино преминават през тялото ни точно в този момент.

Неутрино се произвеждат във високо енергийни условия като ядрения синтез, възникващ вътре в звезди или експлозии на свръхнови. И макар че може да не ги забелязваме, физиците смятат, че тяхната маса - независимо колко малка е - вероятно влияе върху гравитацията на Вселената.

Въпреки че тяхното взаимодействие с материята е малко, то все още не е нулево. От време на време космическо неутрино се сблъсква с друга частица, произвеждайки много слаб сигнал. Подземни детектори, изолирани от други източници на радиация, могат да регистрират тези изблици. IceCube в Антарктика, Super-Kamiokande в Япония и MiniBooNE във Fermilab в Илинойс са три такива детектора.

Следите от частици, създадени от събитието кандидат, са в съответствие с производството на електронно неутрино. Кредит: Peterson

Въпреки това, частиците неутрино, произведени в ускорители на частици, отдавна се търсят от физиците, тъй като техните високоенергийни версии не са толкова добре проучени, както нискоенергийните неутрино.

Те могат да ни разкажат за дълбокия космос по нови начини. Тези много високоенергийни неутрино в LHC са важни за разбирането на наистина вълнуващи наблюдения в астрофизиката на частиците.

Детекторът за неутрино

FASERnu е емулсионен детектор, състоящ се от милиметрови волфрамови пластини, преплетени със слоеве емулсионен филм. Волфрамът е избран поради високата си плътност, която увеличава вероятността за взаимодействия на неутриното. Детекторът се състои от 730 емулсионни филма и обща маса волфрам от около 1 тон.

По време на експерименти с частици в LHC, частиците неутрино могат да се сблъскат с ядра във волфрамови плочи, произвеждайки частици, които оставят следи в емулсионните слоеве, подобно на това как йонизиращото лъчение оставя следи в облачна камера. Тези плочи трябва да бъдат проявени като фотографски филм, преди физиците да могат да анализират следите от частици, за да разберат какво ги е създало.

Схема на системата FASER. Кредит: Peterson

Шест кандидати за неутрино са идентифицирани и публикувани още през 2021 г. Сега изследователите са потвърдили своето откритие, използвайки данни от третия цикъл на работа на усъвършенствания Голям адронен колайдер (LHC). Той който започна миналата година, на ниво на значимост от 16 сигма. Това означава, че вероятността сигналите да са генерирани на случаен принцип е толкова малка, че е почти нула. Ниво на значимост от 5 сигма е достатъчно, за да се квалифицира като откритие във физиката на елементарните частици.

Екипът на FASER все още работи усилено, анализирайки данните, събрани от детектора, и е вероятно да последват още много откривания на неутрино. Очаква се цикъл 3 на LHC да продължи до 2026 г., като събирането и анализът на данни продължава. Още през 2021 г. физикът Дейвид Каспер от Калифорнийския университет в Ървайн прогнозира, че стартът ще доведе до приблизително 10 000 взаимодействия на неутрино, което означава, че сме едва в началото на това, което FASERnu може да предложи.

Справка:

Henso Abreu et al, First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.031801

R. Albanese et al, Observation of Collider Muon Neutrinos with the SND@LHC Experiment, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.031802

Източник: The first observation of neutrinos at CERN's Large Hadron Collider, Ingrid Fadelli, Phys.org

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !