Naukowcy w końcu wykryli neutrina w zderzaczu cząstek: ScienceAlert

Wreszcie duch jest już w maszynie: po raz pierwszy naukowcy stworzyli neutrina w zderzaczu cząstek.

Te liczne i tajemnicze cząstki subatomowe są tak oddalone od reszty materii, że prześlizgują się przez nie jak widma, co czyni je znanymi jako „cząsteczki duchy”.

Naukowcy twierdzą, że ta praca jest pierwszą bezpośrednią obserwacją neutrin zderzacza i pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób powstają te cząstki, jakie są ich właściwości i jaką rolę odgrywają w ewolucji wszechświata.

Wyniki uzyskane za pomocą detektora FASERnu w Wielkim Zderzaczu Hadronów, został pokazany Na 57. Konferencji Rencontres de Moriond na temat oddziaływań elektrosłabych i ujednoliconych teorii we Włoszech.

„Odkryliśmy neutrina z zupełnie nowego źródła – zderzaczy cząstek – w których dwie wiązki cząstek zderzają się ze sobą z ekstremalnie wysoką energią” mówi fizyk cząstek elementarnych Jonathan Feng z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.

Neutrina należą do najbardziej rozpowszechnionych cząstek subatomowych we wszechświecie, ustępując jedynie fotonom. Ale nie mają ładunku elektrycznego, ich masa jest bliska zeru i prawie nie wchodzą w interakcje z innymi napotkanymi cząstkami. Setki miliardów neutrin przepływają teraz przez twoje ciało.

Neutrina powstają w warunkach energetycznych, takich jak synteza jądrowa zachodząca wewnątrz gwiazd lub wybuchy supernowych. I choć na co dzień możemy ich nie zauważać, fizycy uważają, że ich masa – jakkolwiek niewielka – może wpływać na grawitację wszechświata (chociaż neutrina były w dużej mierze Odbija się jako ciemna materia).

Chociaż ich interakcja z materią jest znikoma, nie jest całkowicie nieistniejąca; Od czasu do czasu kosmiczne neutrino zderza się z inną cząsteczką, powodując bardzo słaby rozbłysk światła.

Detektory podziemne, odizolowane od innych źródeł promieniowania, mogą wykrywać te eksplozje. kostka lodu na Antarktydzie, Super Kamiokande w Japonii i mini bułka Fermilab w Illinois ma trzy takie odczynniki.

Jednak fizycy od dawna starali się wytworzyć neutrina w zderzaczach cząstek, ponieważ stosowane wysokie energie nie zostały tak dobrze zbadane jak neutrina o niższej energii.

„Mogą nam powiedzieć o głębokiej przestrzeni kosmicznej w sposób, którego inaczej nie moglibyśmy się nauczyć” – mówi fizyk cząstek elementarnych, Jamie Boyd z CERN. „Te wysokoenergetyczne neutrina w LHC są ważne dla zrozumienia naprawdę ekscytujących obserwacji w astrofizyce cząstek elementarnych”.

FASERnu jest plikiem detektor emulsji Składa się z naprzemiennych płytek wolframowych o grubości milimetra z warstwami filmu emulsyjnego. Wolfram został wybrany ze względu na jego dużą gęstość, która zwiększa prawdopodobieństwo interakcji neutrin; Detektor składa się z 730 filmów emulsyjnych o łącznej masie wolframu około 1 tony.

Podczas eksperymentów cząsteczkowych w LHC neutrina mogą zderzać się z jądrami arkuszy wolframu, tworząc cząsteczki, które pozostawiają ślady w warstwach emulsji, podobnie jak promieniowanie jonizujące pozostawia ślady w pokój w chmurze.

Podobnie jak klisze fotograficzne, panele te należy wywołać, zanim fizycy będą mogli analizować trajektorie cząstek, aby zobaczyć, co je wytworzyło.

Sześć kandydujących neutrin zostało zidentyfikowanych i ponownie opublikowanych w 2021 roku. Teraz naukowcy potwierdzili swoje odkrycie, wykorzystując dane z trzeciej rundy zmodernizowanego LHC, która rozpoczęła się w zeszłym roku, z poziomem istotności wynoszącym 16 sigma.

Oznacza to, że prawdopodobieństwo wytworzenia sygnałów przez przypadek jest tak niskie, że wynosi zero; Poziom istotności 5 sigma jest wystarczający, aby kwalifikować się jako odkrycie w fizyce cząstek elementarnych.

Zespół FASER nadal ciężko pracuje, analizując dane zebrane przez detektor i wydaje się prawdopodobne, że nastąpią kolejne detekcje neutrin. Oczekuje się, że trzeci bieg LHC będzie kontynuowany Do 2026 rokuCiągłe gromadzenie i analiza danych.

Fizyk David Casper z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine przewiduje, że w 2021 roku w wyścigu wytworzy się około 10 000 interakcji neutrin, co oznacza, że ​​ledwie zarysowaliśmy powierzchnię tego, co FASERnu ma do zaoferowania.

„Neutrina są jedynymi znanymi cząstkami, których znacznie większe eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów nie mogą wykryć bezpośrednio”. On mówiTak więc udana obserwacja FASER oznacza, że ​​pełny potencjał fizyczny zderzacza jest wreszcie wykorzystywany.

Wyniki zespołu Prezentowane na 57. Kongresie Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.