В эксперименте FASER в Европейского центра ядерных исследований (CERN) получены новые результаты исследования нейтрино от Большого адронного коллайдера (LHC).
Впервые зарегистрированы высокоэнергичные электронные нейтрино, рожденные на коллайдере. Об этом рассказывает начальник сектора экспериментальной нейтринной физики НОЭФЭЧ Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ к.ф.-м.н. Юрий Горнушкин.
Недавно в эксперименте FASER (ForwArd Search ExpeRiment) в CERN были получены новые результаты по исследованию нейтрино от LHC. Впервые были зарегистрированы электронные нейтрино, рожденные на коллайдере, и измерено сечение их взаимодействия. Ранее коллаборация FASER, также впервые, зарегистрировала мюонные нейтрино от коллайдера.
Нейтрино, рожденные на Большом адронном коллайдере, имеют энергии в диапазоне от сотен ГэВ до нескольких ТэВ. Это совершенно неисследованная область, и новые данные позволяют связать результаты, полученные в ускорительных экспериментах для нейтрино с энергиями в диапазоне до нескольких десятков ГэВ, с данными от нейтринных телескопов, таких как IceCube, Baikal-GVD, где регистрируются астрофизические нейтрино с гораздо более высокими, ПэВ-ными, энергиями.
Кроме того, нейтрино, которые регистрируются в эксперименте FASER, являются продуктами распада энергичных адронов, рождающихся при столкновении протонов на LHC, и вылетающих в так называемую переднюю область вдоль первичных пучков. Таким образом, нейтрино несут информацию о рождении таких адронов на коллайдере, что представляет немалый интерес для КХД.
Детектор FASER установлен на продолжении одного из протонных пучков, сталкивающихся в установке ATLAS, на расстоянии 480 м от нее. В эксперименте ведется поиск новых экзотических частиц, рождение которых теоретически возможно в ATLAS, в частности, темных фотонов и аксионов, в узком диапазоне углов около протонного пучка коллайдера (в передней области, недоступной для изучения в самом детекторе ATLAS).
Одновременное исследование нейтрино от коллайдера стало возможным благодаря дополнению установки FASER детектором FASERv, содержащим более тонны вольфрамовых пластин, чередующихся со слоями ядерной эмульсии, и способного регистрировать все типы нейтрино.
В опубликованной недавно статье сообщается об обнаружении в FASERv первых четырех событий – кандидатов на взаимодействия электронных нейтрино. Имеющиеся оценки фона позволяют говорить, что достоверность регистрации электронных нейтрино превышает 5 сигма. Новые результаты получены после анализа небольшой части набранной в детекторе FASERv статистики, соответствующей 9,5 фб-1. Анализ данных продолжается, и в скором будущем ожидается обнаружение новых нейтрино от LHC.
Эксперимент FASER – пример того, как даже сегодня в физике частиц при наличии интересной идеи можно за короткий срок (в случае с FASER от идеи до получения первых результатов прошло около пяти лет) и относительно дешево создать детектор и получать на нем важные и актуальные результаты. Коллаборация FASER относительно небольшая (менее 100 участников из 12 стран). ОИЯИ, вступивший в нее около трех лет назад, представлен группой сотрудников ЛЯП, у которых имеется большой опыт работы в экспериментах по физике нейтрино, в частности, в эксперименте OPERA. Кроме вклада в создание и обслуживание установки и подготовки к сеансам набора данных, группа ОИЯИ занимается моделированием, обработкой данных, в частности, анализом трековой информации в детекторе FASERv и поиском вершин нейтринных событий, а также разработкой новых программ и алгоритмов анализа данных.
Вклад ОИЯИ в эксперимент достойно оценивается коллаборацией: на прошедшей недавно в Праге крупнейшей международной конференции по физике высоких энергий ICHEP-2024 доклад от имени FASER по новым результатам исследований нейтрино на LHC представлял старший научный сотрудник ЛЯП ОИЯИ Сергей Дмитриевский.
Принятое не так давно в CERN решение о продолжении сотрудничества с ОИЯИ открывает перспективы для дальнейшего участия в научных исследованиях на FASER, которые включены в программу HL-LHC Run4 и запланированы вплоть до середины 30-х годов. Таким образом, впереди много интересной работы, к которой хотелось бы привлечь новых молодых людей, в том числе студентов.
