Учените най-накрая откриха неутрино в ускорителя на частици: ScienceAlert

И накрая, призракът вече е в машината: За първи път учени създадоха неутрино в ускорител на частици.

Тези изобилни и мистериозни субатомни частици са толкова отдалечени от останалата материя, че се плъзгат през тях като спектри, което ги прави известни като „призрачни частици“.

Изследователите казват, че тази работа бележи първото директно наблюдение на неутриното на колайдера и ще ни помогне да разберем как се образуват тези частици, какви са техните свойства и ролята им в еволюцията на Вселената.

Резултати, постигнати с помощта на детектора FASERnu в Големия адронен колайдер, са показани На 57-ата конференция Rencontres de Moriond за електрослаби взаимодействия и унифицирани теории в Италия.

„Открихме неутрино от напълно нов източник – колайдери на частици – където имате два лъча частици, които се сблъскват заедно с изключително висока енергия,“ казва физикът на елементарните частици Джонатан Фенг от Калифорнийския университет в Ървайн.

Неутриното са сред най-разпространените субатомни частици във Вселената, на второ място след фотоните. Но те нямат електрически заряд, масата им е близка до нула и почти не взаимодействат с други частици, които срещат. Стотици милиарди неутрино текат през тялото ви в момента.

Неутрино се произвеждат в енергийни условия, като ядрен синтез, който се случва вътре в звездите, или експлозии на свръхнови. И докато може да не ги забелязваме ежедневно, физиците смятат, че тяхната маса – колкото и малка да е – може да повлияе на гравитацията на Вселената (въпреки че неутриното до голяма степен Отскача като тъмна материя).

Въпреки че тяхното взаимодействие с материята е незначително, то не е напълно несъществуващо; От време на време космическо неутрино се сблъсква с друга частица, което води до много слаб изблик на светлина.

Подземни детектори, изолирани от други източници на радиация, могат да открият тези експлозии. кубче лед в Антарктика, Супер Камиоканде в Япония и мини кок Fermilab в Илинойс има три такива реагента.

Въпреки това, физиците отдавна се стремят да произвеждат неутрино в ускорители на частици, тъй като използваните високи енергии не са толкова добре проучени, както неутриното с по-ниска енергия.

„Те могат да ни разкажат за дълбокия космос по начини, които иначе не можем да научим“, казва физикът на елементарните частици Джейми Бойд от CERN. „Тези високоенергийни неутрино в LHC са важни за разбирането на наистина вълнуващи наблюдения в астрофизиката на частиците.“

FASERnu е файл емулсионен детектор Състои се от редуващи се волфрамови плочи с дебелина милиметър със слоеве от емулсионен филм. Волфрамът е избран поради високата си плътност, която увеличава вероятността от неутрино взаимодействия; Детекторът се състои от 730 емулсионни филма с обща маса на волфрам около 1 тон.

По време на експерименти с частици в LHC, неутриното може да се сблъска с ядрата на волфрамовите листове, произвеждайки частици, които оставят следи в емулсионните слоеве, подобно на начина, по който йонизиращото лъчение прави следи в облачна стая.

Подобно на фотографските филми, тези панели трябва да бъдат разработени, преди физиците да могат да анализират траекториите на частиците, за да видят какво ги е произвело.

Шест кандидат-неутрино бяха идентифицирани и публикувани отново през 2021 г. Сега изследователите потвърдиха откритието си, използвайки данни от третия кръг на надградения LHC, който започна миналата година, с ниво на значимост от 16 сигма.

Това означава, че вероятността за генериране на сигнали чрез случаен случай е толкова ниска, че е нула; Нивото 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 изглежда вероятно, че ще последват още откривания на неутрино. Третият цикъл на LHC се очаква да продължи До 2026гНепрекъснато събиране и анализ на данни.

През 2021 г. физикът Дейвид Каспър от Калифорнийския университет в Ървайн прогнозира, че надпреварата ще произведе около 10 000 взаимодействия на неутрино, което означава, че едва сме надраскали повърхността на това, което FASERnu може да предложи.

„Неутриното са единствените известни частици, които много по-големите експерименти в Големия адронен колайдер не могат да открият директно.“ Той казваТака че успешното наблюдение на FASER означава, че пълният физически потенциал на колайдера най-накрая се използва.

Резултатите на отбора Представено на 57-ия конгрес Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.