Vedci konečne objavili neutrína v časticovom urýchľovači

Duch je konečne skutočne v stroji: Vedci vôbec prvýkrát vytvorili neutrína v zrážači častíc.

Tieto hojné, no záhadné subatomárne častice sú tak vzdialené od zvyšku hmoty, že cez ňu kĺžu ako duchovia, čím si vyslúžili prezývku „častice duchov“.

Vedci tvrdia, že táto práca predstavuje prvé priame pozorovanie zrážacích neutrín a pomôže nám pochopiť, ako tieto častice vznikajú, aké sú ich vlastnosti a akú úlohu zohrali vo vývoji vesmíru.

Výsledky získané pomocou detektora FASERnu na veľkom hadrónovom urýchľovači, boli prezentované Na 57. konferencii Rencontres di Moriand Electroweak Interaction and Unified Theories Conference, Taliansko.

„Objavili sme neutrína z nového zdroja – zrážače častíc – kde máte dva zväzky častíc rozbité dohromady pri extrémne vysokých energiách,“ tvrdí časticový fyzik Jonathan Feng Kalifornská univerzita Irvine.

Neutrína patria medzi najrozšírenejšie subatomárne častice vo vesmíre, hneď po fotónoch. Nemajú však elektrický náboj, ich hmotnosť je takmer nulová a sotva interagujú s inými časticami, s ktorými sa stretávajú. V tejto chvíli vašim telom prúdia stovky miliárd neutrín.

Neutrína vznikajú za energetických podmienok, ako je jadrová fúzia vo vnútri hviezd alebo výbuchy supernov. A hoci ich nevidíme zo dňa na deň, fyzici veria, že ich hmotnosť – bez ohľadu na to, aká malá – pravdepodobne ovplyvňuje gravitáciu vesmíru (hoci neutrína majú odmietnuté ako temná hmota,

Ich interakcia s hmotou je síce malá, no nie je úplne neexistujúca; Občas sa kozmické neutríno zrazí s inou časticou, čím vznikne veľmi slabý záblesk svetla.

Podzemné detektory dokážu odhaliť tieto výbuchy, izolované od iných zdrojov žiarenia. ľadová kocka v Antarktíde, Super kamiokande v Japonsku a MiniBooNE Vo Fermilabe v Illinois sú tri takéto detektory.

Neutrína produkované v zrážačoch častíc však fyzici dlho hľadali, pretože zahrnuté vysoké energie neboli študované tak dobre ako neutrína s nízkou energiou.

„Môžu nám povedať o hlbokom vesmíre, o ktorom by sme sa inak možno nedozvedeli,“ hovorí časticový fyzik z CERNu Jamie Boyd. „Tieto častice neutrín s veľmi vysokou energiou na LHC sú kľúčom k pochopeniu niektorých skutočne vzrušujúcich pozorovaní v astrofyzike.“

Fasranu je jeden detektor emulzie Pozostáva z milimeter hrubých volfrámových doštičiek striedaných vrstvami emulzného filmu. Volfrám bol vybraný kvôli jeho vysokej hustote, ktorá zvyšuje pravdepodobnosť interakcie s neutrínami; Detektor pozostáva zo 730 emulzných filmov a celkovej hmotnosti volfrámu približne 1 tony.

Počas experimentov s časticami na LHC sa neutrína môžu zraziť s jadrami volfrámových platní, pričom vznikajú častice, ktoré zanechávajú stopy v emulzných vrstvách, podobne ako ionizujúce žiarenie vytvára stopy v jednej. oblaková komora,

Tieto platne musia byť vyvolané, podobne ako fotografický film, predtým, ako fyzici budú môcť analyzovať stopy častíc, aby zistili, čo ich vytvorilo.

V roku 2021 bolo identifikovaných a zverejnených šesť kandidátov na neutrín. Teraz výskumníci potvrdili svoj objav pomocou údajov z tretej časti pokročilého LHC, ktorý bol spustený minulý rok a ktorý má úroveň významnosti 16 sigma,

To znamená, že pravdepodobnosť, že signály budú generované náhodnou zhodou okolností, je taká malá, že takmer neexistuje; Úroveň významnosti 5 sigma je dostatočná na to, aby sa kvalifikoval ako objav v časticovej fyzike.

Tím FASER stále tvrdo pracuje na analýze údajov zhromaždených detektorom a zdá sa pravdepodobné, že bude nasledovať oveľa viac detekcií neutrín. Očakáva sa, že jazda 3 LHC bude pokračovať do roku 2026A zber a analýza údajov stále prebieha.

V roku 2021 fyzik David Kasper z UC Irvine odhadol, že beh by vyprodukoval asi 10 000 neutrínových interakcií, čo znamená, že sme sotva poškrabali povrch toho, čo FASERnu ponúka.

„Neutrino je jediná známa častica, ktorú veľké experimenty na Veľkom hadrónovom urýchľovači nedokázali priamo odhaliť,“ On hovorí„Takže úspešné pozorovanie FASERu znamená, že sa konečne využíva plný fyzikálny potenciál zrážača.“

výsledky tímu sú vonku Prezentované na 57. konferencii Rencontres de Moriand o elektroslabých interakciách a zjednotených teóriách,