Fyzici po prvý raz detegujú nepolapiteľné „duchové častice“ na LHC

Veľký míľnik v časticovej fyzike dosiahol Veľký hadrónový urýchľovač (LHC).

prvý kandidát neutrína sa našiel nielen v LHC, ale aj v akýkoľvek Zrážač častíc.

Šesť interakcií neutrín, zistených pomocou neutrínového subdetektora FASERnu, nielenže demonštruje uskutočniteľnosť technológie, ale otvára aj novú cestu pre štúdium týchto záhadných častíc, najmä pri vysokých energiách.

„Pred týmto projektom neboli v časticovom urýchľovači nikdy pozorované žiadne známky neutrín,“ Povedal to fyzik Jonathan Fang Kalifornská univerzita, Irvine, spolulíder spolupráce FASER.

„Tento významný prielom je krokom k hlbšiemu pochopeniu týchto nepolapiteľných častíc a ich úlohy vo vesmíre.“

Neutrína sú naozaj všade. Sú to jedny z najrozšírenejších subatomárnych častíc vo vesmíre; Ale nemajú žiadny náboj a ich hmotnosť je takmer nulová, síce prúdia vesmírom takmer rýchlosťou svetla, no sotva s ním interagujú. Práve teraz vami prúdia miliardy vecí. Pre neutríno je zvyšok vesmíru v podstate beztvarý; Preto sa im hovorí aj duchovné častice.

Hoci sa len zriedka vzájomne ovplyvňujú, nie je to tak, ako to nikdy nebolo. ako detektor ľadová kocka v Antarktíde, Super kamiokande v Japonsku a miniboone Napríklad Fermilab v Illinois používa citlivé polia fotodetektorov navrhnuté tak, aby zachytávali spŕšky svetla, keď neutríno interaguje s inými časticami v úplne tmavom prostredí.

Vedci však už dlho chceli študovať aj neutrína vytvorené zo zrážačov častíc. Je to preto, že zrážacie neutrína, ktoré sú primárne výsledkom rozpadu hadrónov, sú produkované pri veľmi vysokých energiách, ktoré nie sú veľmi dobre študované. Detekcia zrážkových neutrín umožňuje prístup k energiám neutrín a typom, ktoré sa inde zriedka vyskytujú.

FASERnu je aký . sa označuje ako emulzný detektor, Olovené a volfrámové platne sa striedajú s emulznými vrstvami: počas experimentov s časticami na LHC sa neutrína môžu zrážať s jadrami v olovených a volfrámových platniach, pričom vznikajú častice, ktoré zanechávajú stopy v emulzných vrstvách, pretože stopu vytvára ionizujúce žiarenie. a cloudová miestnosť,

Platne je potrebné vyvolať ako fotografický film. Potom môžu fyzici analyzovať stopy častíc, aby zistili, čo ich spôsobilo; Či to bolo neutríno a aká bola „chuť“ alebo typ neutrína. Existujú tri neutrínové príchute – elektrón, mión a tau – ako aj ich antineutrínové náprotivky.

V pilotnom behu FASERnu uskutočnenom v roku 2018 bolo zaznamenaných šesť kandidátskych interakcií neutrín v emulzných vrstvách. To sa nemusí zdať ako veľa, ak vezmeme do úvahy, koľko častíc sa vyprodukuje pri jednom behu na LHC, ale poskytlo to dva dôležité poznatky o spolupráci.

„Najprv sa overilo, že poloha vedľa interakčného bodu ATLAS na LHC je správnym miestom na detekciu neutrín zrážača,“ povedal Fang, „Po druhé, naše úsilie preukázalo účinnosť použitia emulzného detektora na pozorovanie týchto typov interakcií neutrín.“

Pilotný detektor bol relatívne malý prístroj s hmotnosťou približne 29 kg (64 lb). Tím momentálne pracuje na plnej verzii, približne 1 100 kg (viac ako 2 400 lb). Zariadenie by bolo výrazne citlivejšie a umožnilo by výskumníkom rozlišovať medzi príchuťami neutrín a ich antineutrínovými náprotivkami.

Dúfajú, že tretie pozorovanie Veľkého hadrónového urýchľovača vyprodukuje 200 miliárd elektrónových neutrín, 6 biliónov miónových neutrín a 9 miliárd tau neutrín a ich antineutrín. Keďže sme zatiaľ celkovo detekovali len asi 10 tau neutrín, bola by to veľká vec.

Spolupráca sleduje ešte nepolapiteľnejšiu obeť. ich nádeje sú zamerané na zistenie tmavý fotón, ktoré sú momentálne imaginárne, no možno pomôžu odhaliť prírodu temná hmota, tajomná pozorovateľná hmota, ktorá tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre.

Ale samotná detekcia neutrín je veľmi vzrušujúcim krokom vpred pre naše pochopenie základných zložiek vesmíru.

„Vzhľadom na výkon nášho nového detektora a jeho hlavné umiestnenie v CERN-e očakávame, že budeme môcť zaznamenať viac ako 10 000 neutrínových interakcií počas ďalšej časti LHC od roku 2022.“ Povedal to fyzik a astronóm David Casper Kalifornská univerzita, Irvine, spoluvedúci projektu FASER.

„Zistíme neutrína s najvyššou energiou, aké kedy vznikli z umelého zdroja.“

Výskum tímu bol publikovaný v r fyzický prehľad d,