Физики впервые обнаружили загадочные « призрачные частицы » на БАК

Крупный прорыв в физике элементарных частиц был достигнут на Большом адронном коллайдере (LHC).

первый раз фильтр нейтрино Они были обнаружены не только на LHC, но и в Который Коллайдер частиц.

Шесть взаимодействий нейтрино, обнаруженные с помощью детектора FASERnu Sub-Nutrino, не только подтверждают осуществимость технологии, но и открывают новые возможности для изучения этих загадочных частиц, особенно при высоких энергиях.

«До этого проекта в коллайдере частиц не было никаких признаков нейтрино», — сказал он. Физик Джонатан Фенг сказал: Калифорнийского университета в Ирвине, сопредседатель FASER Collaboration.

«Этот важный прорыв — шаг к более глубокому пониманию этих неуловимых частиц и той роли, которую они играют во Вселенной».

На самом деле нейтрино можно найти повсюду. Это одна из самых распространенных субатомных частиц во Вселенной. Но он не несет заряда и имеет почти нулевую массу, поэтому, хотя он течет через Вселенную почти со скоростью света, он практически не взаимодействует с ней. Сейчас через вас проходят миллиарды вещей. Для нейтрино остальная Вселенная по существу несущественна; По этой причине они также известны как частицы-призраки.

Хотя они редко взаимодействуют друг с другом, это не одно и то же. Детекторы вроде кубик льда в Антарктиде, Супер Камиоканде в Японии и мини-понг В Фермилабе в Иллинойсе он использовал матрицу чувствительных фотодетекторов, предназначенную для улавливания световых потоков, возникающих, например, при взаимодействии нейтрино с другими частицами в полностью темной среде.

Но долгое время ученые также хотели изучить нейтрино, образующиеся при столкновении частиц. Это потому, что нейтрино Коллайдера, которые возникают в основном при распаде адронов, возникают при очень высоких энергиях, которые недостаточно изучены. Обнаружение нейтрино на коллайдере обеспечивает доступ к энергиям и типам нейтрино, которые редко встречаются где-либо еще.

FASERnu — это так называемый файл Реагент эмульгатора. Свинцовые и вольфрамовые пластины чередуются со слоями эмульсии: во время экспериментов с частицами на LHC нейтрино могут сталкиваться с ядрами в пластинах свинца и вольфрама, в результате чего частицы оставляют следы в слоях эмульсии, точно так же, как ионизирующее излучение прокладывает себе путь внутрь. а облачная комната.

Картины нужно проявлять как фотопленку. Затем физики могли анализировать траектории частиц, чтобы увидеть, что их произвело; Будь то нейтрино, тогда каков «аромат» или тип нейтрино. Есть три разновидности нейтрино — электронное, мюонное и тау, а также их аналоги-антинейтрино.

В ходе эксперимента FASERnu, проведенного в 2018 году, в слоях эмульсии было зарегистрировано шесть взаимодействий нейтрино-кандидатов. Это может показаться не очень большим, учитывая количество частиц, которые образуются во время работы на Большом адронном коллайдере, но это действительно дало коллаборации две важные части информации.

«Во-первых, убедитесь, что переднее положение точки взаимодействия ATLAS в LHC является правильным местом для обнаружения нейтрино коллайдера», Фэн сказал. «Во-вторых, наши усилия продемонстрировали эффективность использования детектора эмульсии для отслеживания этих типов нейтринных взаимодействий».

Экспериментальный детектор был относительно небольшим устройством, около 29 кг (64 фунта). В настоящее время команда работает над полной версией, весом около 1100 кг (более 2400 фунтов). Этот инструмент был бы значительно более чувствительным и позволил бы исследователям отличать ароматы нейтрино от их аналогов антинейтрино.

Они предсказывают, что третий цикл наблюдений на LHC произведет 200 миллиардов электронных нейтрино, 6 триллионов мюонных нейтрино, 9 миллиардов тау-нейтрино и антинейтрино. Поскольку мы обнаружили всего около 10 тау-нейтрино, на данный момент это было бы довольно большой проблемой.

Кооператив также ищет более неуловимую добычу. Они возлагают большие надежды на раскрытие темные фотоны, который в настоящее время является гипотетическим, но может помочь раскрыть природу темная материяТаинственная необнаружимая масса, из которой состоит большая часть материи Вселенной.

Но сами по себе открытия нейтрино — очень захватывающий шаг вперед для нашего понимания фундаментальных компонентов Вселенной.

«Учитывая мощность нашего нового детектора и его основное расположение в ЦЕРНе, мы ожидаем, что сможем зарегистрировать более 10 000 нейтринных взаимодействий в следующем раунде LHC, начиная с 2022 года», Физик и астроном Дэвид Каспер сказал: Калифорнийского университета в Ирвине, сопредседатель проекта FASER.

«Мы откроем нейтрино самых высоких энергий, которые были произведены из искусственного источника».

Исследование команды опубликовано в физический обзор d.