Физиците откриват озадачаващи „призрачни частици“ в LHC за първи път

Голям пробив във физиката на елементарните частици беше постигнат на Големия адронен колайдер (LHC).

филтър за първи път неутрино Те бяха открити не само в LHC, но и в Който Ускорител на частици.

Шестте взаимодействия на неутрино, открити с помощта на FASERnu Sub-Nutrino Detector, не само доказват осъществимостта на технологията, но отварят нов път за изследване на тези мистериозни частици, особено при високи енергии.

„Преди този проект нямаше следи от неутрино в ускорителя на частици“, каза той. Физикът Джонатан Фън каза: от Калифорнийския университет, Ървайн, съпредседател на FASER Collaboration.

„Този важен пробив е стъпка към развитието на по-задълбочено разбиране на тези неуловими частици и ролята, която те играят във Вселената.“

Всъщност неутрино се срещат навсякъде. Това е една от най-разпространените субатомни частици във Вселената. Но тя не носи заряд и има почти нулева маса, така че въпреки че протича през Вселената със скоростта почти на светлината, тя почти не взаимодейства с нея. Милиарди неща текат през вас в момента. За неутриното останалата част от Вселената е по същество нематериална; Поради тази причина те са известни още като призрачни частици.

Въпреки че рядко си взаимодействат, това никога не е същото. Детектори като кубче лед в Антарктида, Супер Камиоканде в Япония и мини понг Във Fermilab в Илинойс той използва чувствителни фотодетекторни масиви, предназначени да улавят дъждовете от светлина, които се появяват, когато неутрино взаимодействат с други частици в напълно тъмна среда, например.

Но дълго време учените също искаха да изследват неутрино, произведени при сблъсъци на частици. Това е така, защото неутрино на Collider, които възникват предимно от разпада на адрони, се произвеждат при много високи енергии, които не са добре проучени. Откриването на неутрино с колайдер осигурява достъп до енергии и типове неутрино, които рядко се срещат другаде.

FASERnu е това, което е известно като файл Емулгатор реагент. Оловните и волфрамовите плочи се редуват със слоеве емулсия: По време на експерименти с частици в LHC, неутрино могат да се сблъскат с ядрата в оловни и волфрамови плочи, което води до частици, които оставят следи в слоевете на емулсията, точно както йонизиращото лъчение прави пътеки в а облачна стая.

Картините трябва да се развиват като фотографски филм. След това физиците биха могли да анализират траекториите на частиците, за да видят какво ги е създало; Независимо дали е неутрино, тогава какъв е „вкусът“ или типът на неутрино. Има три вида неутрино – електрон, мюон и тау – както и техните антинеутрино.

В експерименталния цикъл на FASERnu, извършен през 2018 г., в емулсионните слоеве бяха записани шест кандидатски неутрино взаимодействия. Това може да не звучи много, като се има предвид броя на частиците, които се произвеждат по време на работа в Големия адронен колайдер, но това даде на сътрудничеството две важни части от информация.

„Първо, проверете дали предната позиция на точката на взаимодействие ATLAS в LHC е правилното място за откриване на колайдерни неутрино“, — каза Фън. „Второ, нашите усилия демонстрираха ефективността на използването на емулсионен детектор за наблюдение на тези видове неутрино взаимодействия.“

Експерименталният детектор беше сравнително малко устройство, около 29 килограма (64 lb). В момента екипът работи върху пълната версия, приблизително 1100 килограма (над 2400 паунда). Този инструмент би бил значително по-чувствителен и би позволил на изследователите да разграничат вкусовете на неутрино от техните антинеутрино аналози.

Те прогнозират, че третият цикъл на наблюдение на LHC ще произведе 200 милиарда електронни неутрино, 6 трилиона мюонни неутрино, 9 милиарда тау неутрино и антинеутрино. Тъй като досега сме открили общо около 10 тау неутрино, това би било доста голям проблем.

Кооперативът също така търси по-неуловима плячка. Те имат големи надежди да разкрият тъмни фотони, което в момента е хипотетично, но може да помогне да се разкрие естеството на тъмна материяМистериозната, неоткриваема маса, която съставя по-голямата част от материята във Вселената.

Но откритията на неутрино сами по себе си са много вълнуваща стъпка напред за нашето разбиране за основните компоненти на Вселената.

„Като се има предвид мощността на нашия нов детектор и основното му местоположение в CERN, очакваме да можем да запишем повече от 10 000 неутрино взаимодействия в следващия кръг на LHC, започващ през 2022 г. Физикът и астроном Дейвид Каспър каза: от Калифорнийския университет, Ървайн, съпредседател на проекта FASER.

„Ще открием най-високоенергийните неутрино, които са били произведени от изкуствен източник.“

Изследването на екипа е публикувано в физически преглед d.