30 ноября 2021

На Большом адронном коллайдере проведён эксперимент по обнаружению нейтрино

Впервые в истории исследователи обнаружили кандидатов в нейтрино, произведенные на Большом адронном коллайдере (LHC) на установке ЦЕРН недалеко от Женевы, Швейцария.

Это важная веха в физике элементарных частиц. В новом исследовании ученые сообщают о наблюдении шести взаимодействий нейтрино во время эксперимента на LHC. Нейтрино - это субатомные частицы, которые имеют очень маленькую массу, как электрон, но не имеют электрического заряда - характеристика, из-за которой их чрезвычайно сложно обнаружить.

Сообщается, что эти нейтрино были созданы во время первого запуска детектора, который был объединен с коллаборацией CERN FASER (Forward Search Experiment) в 2018 году.

«До этого проекта на коллайдере частиц никогда не наблюдалось никаких признаков нейтрино», - говорит соавтор Джонатан Фенг, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвине и соруководитель коллаборации FASER. «Этот значительный прорыв - шаг к более глубокому пониманию этих неуловимых частиц и той роли, которую они играют во Вселенной».

LHC, который включает в себя четыре основных детектора: ALICE, ATLAS, CMS и LHCb, обычно работает путем столкновения двух пучков частиц высокой энергии друг с другом.

Во время этого запуска на LHC команда провела пилотное испытание с новым детектором частиц, который состоит из плотных металлических пластин из свинца и вольфрама с вкраплениями слоев эмульсионных пластин. Фэн сообщил, что эмульсионные пластины во многом похожи на фотопленку старой школы. Когда пленки подвергаются воздействию света, фотоны проявляются как изображения по мере проявления пленки. Точно так же с этим прибором при столкновении частиц эмульсионные слои выявляли нейтринные взаимодействия после обработки.

Частицы, сталкиваясь во время этого теста, производили нейтрино, которые затем разбивались о ядра в плотном металле пластин. Согласно заявлению, полученные частицы прошли через слои эмульсии и оставили заметные «отпечатки».

Это сообщение об обнаружении нейтринных взаимодействий раскрывает две важные вещи, сообщил Фэн.

«Во-первых, он подтвердил, что положение перед точкой взаимодействия ATLAS на LHC является правильным местом для обнаружения нейтрино», - сказал Фэн. «Во-вторых, наши усилия продемонстрировали эффективность использования детектора эмульсии для наблюдения такого рода нейтринных взаимодействий».

«Это только начало очень амбициозных поисков по обнаружению нейтринных взаимодействий и продолжению исследования странного мира субатомных частиц», - сказал соавтор проекта Дэвид Каспер, соруководитель проекта FASER и доцент UCI.

«Учитывая мощность нашего нового детектора и его удобное расположение в ЦЕРНе, мы ожидаем, что сможем зарегистрировать более 10 000 нейтринных взаимодействий при следующем запуске LHC, начиная с 2022 года», - сказал Каспер. «Мы обнаружим нейтрино с самой высокой энергией, которые когда-либо производились из искусственного источника».

У команды FASER также большие планы по исследованию темной материи на LHC. Команда работает над экспериментом с использованием инструмента FASER, чтобы попытаться обнаружить так называемые «темные фотоны», которые, согласно заявлению ученых, должны раскрыть поведение и природу темной материи.