Fizycy po raz pierwszy odkryli zagadkowe „cząstki-duchy” w LHC

Wielkiego przełomu w fizyce cząstek dokonano w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).

filtr po raz pierwszy neutrina Zostały odkryte nie tylko w LHC, ale w Który Zderzacz cząstek.

Sześć interakcji neutrin, odkrytych za pomocą detektora FASERnu Sub-Nutrino Detector, nie tylko udowadnia wykonalność tej technologii, ale otwiera nową drogę do badania tych tajemniczych cząstek, zwłaszcza przy wysokich energiach.

„Przed tym projektem nie było śladu neutrin w zderzaczu cząstek” – powiedział. Fizyk Jonathan Feng powiedział: Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, współprzewodnicząca FASER Collaboration.

„Ten ważny przełom jest krokiem w kierunku głębszego zrozumienia tych nieuchwytnych cząstek i roli, jaką odgrywają we wszechświecie”.

W rzeczywistości neutrina można znaleźć wszędzie. Jest to jedna z najliczniejszych cząstek subatomowych we wszechświecie. Ale nie niesie żadnego ładunku i ma prawie zerową masę, więc chociaż przepływa przez wszechświat z prędkością bliską prędkości światła, prawie w ogóle z nim nie oddziałuje. Miliardy rzeczy przepływają teraz przez ciebie. Dla neutrina reszta wszechświata jest zasadniczo niematerialna; Z tego powodu są również znane jako cząstki duchów.

Chociaż rzadko wchodzą w interakcje, nigdy nie jest tak samo. Detektory takie jak kostka lodu na Antarktydzie, Super Kamiokande w Japonii i mini pong W Fermilab w Illinois użył czułych matryc fotodetektorów zaprojektowanych do przechwytywania strumieni światła, które pojawiają się, gdy neutrina wchodzą w interakcję z innymi cząsteczkami, na przykład w całkowicie ciemnym środowisku.

Ale przez długi czas naukowcy chcieli także badać neutrina powstające w zderzeniach cząstek. Dzieje się tak, ponieważ neutrina zderzacza, które powstają głównie w wyniku rozpadu hadronów, są produkowane przy bardzo wysokich energiach, które nie są dobrze zbadane. Detekcja neutrin zderzających zapewnia dostęp do energii i typów neutrin rzadko spotykanych gdzie indziej.

FASERnu to tak zwany plik Odczynnik emulgujący. Płytki ołowiane i wolframowe naprzemiennie z warstwami emulsji: Podczas eksperymentów z cząstkami w LHC neutrina mogą zderzać się z jądrami w płytkach ołowianych i wolframowych, w wyniku czego cząstki pozostawiają ślady w warstwach emulsji, podobnie jak promieniowanie jonizujące tworzy ścieżki w a pokój w chmurze.

Obrazy należy wywołać jak kliszę fotograficzną. Następnie fizycy mogliby analizować trajektorie cząstek, aby zobaczyć, co je wytworzyło; Czy jest to neutrino, to jaki jest „smak” lub rodzaj neutrina. Istnieją trzy rodzaje neutrin – elektronowe, mionowe i tau – jak również ich odpowiedniki antyneutrinowe.

W serii eksperymentalnej FASERnu przeprowadzonej w 2018 roku zarejestrowano sześć potencjalnych oddziaływań neutrin w warstwach emulsji. Może to nie brzmieć dużo, biorąc pod uwagę liczbę cząstek wytwarzanych podczas pracy w Wielkim Zderzaczu Hadronów, ale dało to współpracy dwie ważne informacje.

„Najpierw sprawdź, czy przednia pozycja punktu interakcji ATLAS w LHC jest właściwą lokalizacją do wykrywania neutrin zderzających”, Feng powiedział. „Po drugie, nasze wysiłki wykazały skuteczność wykorzystania detektora emulsji do monitorowania tego typu oddziaływań neutrin”.

Eksperymentalny detektor był stosunkowo małym urządzeniem, ważącym około 29 kilogramów (64 funtów). Zespół pracuje obecnie nad pełną wersją, około 1100 kilogramów (ponad 2400 funtów). Instrument ten byłby znacznie bardziej czuły i umożliwiłby naukowcom odróżnienie smaków neutrin od ich odpowiedników antyneutrinowych.

Przewidują, że trzeci cykl obserwacyjny LHC wytworzy 200 miliardów neutrin elektronowych, 6 bilionów neutrin mionowych, 9 miliardów neutrin taonowych i ich antyneutrina. Ponieważ do tej pory wykryliśmy tylko około 10 neutrin tau, byłby to dość duży problem.

Kooperacja wygląda również na bardziej nieuchwytną zdobycz. Mają duże nadzieje na ujawnienie się ciemne fotony, co jest obecnie hipotetyczne, ale może pomóc w ujawnieniu charakteru Ciemna materiaTajemnicza, niewykrywalna masa, która stanowi większość materii we wszechświecie.

Jednak same odkrycia neutrin są bardzo ekscytującym krokiem naprzód w zrozumieniu podstawowych składników wszechświata.

„Biorąc pod uwagę moc naszego nowego detektora i jego główną lokalizację w CERN, spodziewamy się, że będziemy w stanie zarejestrować ponad 10 000 interakcji neutrin w następnej rundzie LHC, która rozpocznie się w 2022 r.” Fizyk i astronom David Kasper powiedział: Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, współprzewodnicząca projektu FASER.

„Odkryjemy neutrina o najwyższej energii, które zostały wyprodukowane ze źródła stworzonego przez człowieka”.

Badania zespołu zostały opublikowane w: fizyczny przegląd d.