A tudósok végre neutrínókat észleltek a részecskeütköztetőben: ScienceAlert

Végül a szellem már a gépben van: A tudósok most először hoztak létre neutrínókat egy részecskeütköztetőben.

Ezek a bőséges és titokzatos szubatomi részecskék annyira eltávolodtak az anyag többi részétől, hogy spektrumként siklanak át rajtuk, így „szellemrészecskékként” ismerték őket.

A kutatók szerint ez a munka az ütköző neutrínóinak első közvetlen megfigyelése, és segít megérteni, hogyan keletkeznek ezek a részecskék, mik a tulajdonságaik, és milyen szerepük van az univerzum evolúciójában.

A FASERnu detektor használatával elért eredmények a nagy hadronütköztetőben, meg lett mutatva Az 57. Rencontres de Moriond Konferencián Electroweak Interactions and Unified Theories Olaszországban.

„Felfedeztünk egy teljesen új forrásból származó neutrínókat, a részecskeütközőket, ahol két részecskesugár ütközik össze rendkívül nagy energiával.” mondja Jonathan Feng részecskefizikus az irvine-i Kaliforniai Egyetemről.

A neutrínók az univerzum legelterjedtebb szubatomi részecskéi közé tartoznak, csak a fotonok után. De nincs elektromos töltésük, tömegük közel nulla, és alig lépnek kölcsönhatásba más részecskékkel, amelyekkel találkoznak. Jelenleg több száz milliárd neutrínó áramlik át a testeden.

A neutrínók energetikai körülmények között keletkeznek, mint például a csillagok belsejében végbemenő magfúzió vagy szupernóva-robbanások. És bár nem vesszük észre őket naponta, a fizikusok úgy vélik, hogy tömegük – bármilyen csekély is – befolyásolhatja az univerzum gravitációját (bár a neutrínók nagyrészt Sötét anyagként ugrál).

Bár az anyaggal való kölcsönhatásuk elhanyagolható, nem teljesen nem létezik; Időnként egy kozmikus neutrínó ütközik egy másik részecskével, ami nagyon halvány fénykitörést eredményez.

A más sugárforrásoktól elkülönített földalatti detektorok képesek észlelni ezeket a robbanásokat. jégkocka az Antarktiszon, Szuper Kamiokande Japánban és mini zsemle Az illinoisi Fermilab három ilyen reagenssel rendelkezik.

A fizikusok azonban régóta törekedtek neutrínók előállítására részecskeütközőkben, mivel a felhasznált nagy energiákat nem vizsgálták olyan alaposan, mint az alacsonyabb energiájú neutrínókat.

„Olyan módon tudnak mesélni nekünk a mélyűrről, amit egyébként nem tudnánk megtanulni” – mondja Jamie Boyd, a CERN részecskefizikusa. „Ezek a nagy energiájú neutrínók az LHC-ben fontosak az igazán izgalmas részecskeasztrofizikai megfigyelések megértéséhez.”

A FASERnu egy fájl emulziódetektor Váltakozó milliméter vastag volfrámlemezekből áll, emulziós filmrétegekkel. A volfrámot nagy sűrűsége miatt választották, ami növeli a neutrínó kölcsönhatások valószínűségét; A detektor 730 emulziófilmből áll, amelyek össztömege körülbelül 1 tonna.

Az LHC-ben végzett részecskekísérletek során a neutrínók összeütközhetnek a volfrámlemezek magjaival, olyan részecskéket hozva létre, amelyek nyomokat hagynak az emulziórétegekben, hasonlóan ahhoz, ahogy az ionizáló sugárzás nyomokat hagy felhőszoba.

A fotófilmekhez hasonlóan ezeket a paneleket is elő kell fejleszteni, mielőtt a fizikusok elemezni tudnák a részecskepályákat, hogy megtudják, mi okozta őket.

Hat jelölt neutrínót azonosítottak és 2021-ben ismét publikáltak. A kutatók most megerősítették felfedezésüket, felhasználva a továbbfejlesztett LHC harmadik körének adatait, amely tavaly kezdődött, és a szignifikancia szintje kb. 16 szigma.

Ez azt jelenti, hogy annak a valószínűsége, hogy a jeleket véletlenszerűen állítják elő, olyan alacsony, hogy nulla; Az 5 szigma szignifikancia szint elegendő ahhoz, hogy a részecskefizikai felfedezésnek minősüljön.

A FASER csapata továbbra is keményen dolgozik a detektor által gyűjtött adatok elemzésén, és valószínűnek tűnik, hogy további neutrínó-detektálások következnek majd. Az LHC harmadik futama várhatóan folytatódik 2026-igFolyamatos adatgyűjtés és -elemzés.

2021-ben David Casper, az irvine-i Kaliforniai Egyetem fizikusa azt jósolja, hogy a verseny körülbelül 10 000 neutrínó kölcsönhatást fog produkálni, ami azt jelenti, hogy még alig kaptuk meg a FASERnu által kínált lehetőségeket.

„A neutrínók az egyetlen ismert részecskék, amelyeket a Nagy Hadronütköztetővel végzett nagyobb kísérletek nem tudnak közvetlenül kimutatni.” MondjaTehát a FASER sikeres megfigyelése azt jelenti, hogy az ütközőben rejlő teljes fizikai potenciált végre kiaknázzák.

A csapat eredményei A Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories 57. kongresszusán mutatták be.