Блог

Aug 01, 2023

Первое наблюдение нейтрино на Большом адроном коллайдере ЦЕРН

Статья от 26 августа 2023 г. Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, обеспечив при этом содержание

26 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ингрид Фаделли, Phys.org

Нейтрино — это крошечные нейтрально заряженные частицы, которые учитываются Стандартной моделью физики элементарных частиц. Хотя они считаются одними из самых распространенных частиц во Вселенной, наблюдение за ними до сих пор оказалось весьма сложной задачей, поскольку вероятность того, что они будут взаимодействовать с другой материей, низка.

Чтобы обнаружить эти частицы, физики использовали детекторы и современное оборудование для изучения известных источников нейтрино. Их усилия в конечном итоге привели к наблюдению нейтрино, исходящих от Солнца, космических лучей, сверхновых и других космических объектов, а также ускорителей частиц и ядерных реакторов.

Давней целью в этой области исследований было наблюдение нейтрино внутри коллайдеров, ускорителей частиц, в которых два пучка частиц сталкиваются друг с другом. Два крупных исследовательских сотрудничества, а именно FASER (Эксперимент прямого поиска) и SND (Детектор рассеяния и нейтрино) @LHC, впервые наблюдали эти коллайдерные нейтрино, используя детекторы, расположенные на Большом адронном коллайдере CERN (LHC) в Швейцарии. Результаты двух исследований были недавно опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«Нейтрино производятся в очень большом количестве в протонных коллайдерах, таких как БАК», — рассказал Phys.org Кристовао Вилела, участник сотрудничества SND@LHC. «Однако до сих пор эти нейтрино никогда не наблюдались напрямую. Очень слабое взаимодействие нейтрино с другими частицами делает их обнаружение очень сложным, и из-за этого они являются наименее изученными частицами в Стандартной модели физики элементарных частиц».

Сотрудничество FASER и SND@LHC — это два разных исследовательских проекта, оба с использованием LHC в ЦЕРН. Недавно эти две попытки независимо друг от друга наблюдали первые нейтрино на коллайдере, которые могут открыть важные новые возможности для экспериментальных исследований в области физики элементарных частиц.

Коллаборация FASER — это крупная исследовательская инициатива, созданная с целью наблюдения за светом и слабовзаимодействующими частицами. FASER была первой исследовательской группой, наблюдавшей нейтрино на БАКе с помощью детектора FASER, который расположен на расстоянии более 400 метров от знаменитого эксперимента ATLAS в отдельном туннеле. FASER (и SND@LHC) наблюдают нейтрино, образующиеся в той же «области взаимодействия» внутри БАК, что и ATLAS.

«Коллайдеры частиц существуют уже более 50 лет и обнаружили все известные частицы, кроме нейтрино», — рассказал Phys.org Джонатан Ли Фенг, со-представитель коллаборации FASER. «В то же время каждый раз, когда нейтрино обнаруживаются из нового источника, будь то ядерный реактор, Солнце, Земля или сверхновые, мы узнаем что-то чрезвычайно важное о Вселенной. В рамках нашей недавней работы мы решили впервые обнаружить нейтрино, образующиеся на коллайдере частиц».

Коллаборация FASER наблюдала нейтрино коллайдера, размещая детектор вдоль линии луча, следуя за их траекториями. Известно, что нейтрино высоких энергий производятся преимущественно на этом участке, но другие детекторы на БАКе имеют слепые зоны в этом направлении и поэтому не могли наблюдать их в прошлом.

«Поскольку эти нейтрино имеют высокие потоки и высокие энергии, что делает их взаимодействие гораздо более вероятным, мы смогли обнаружить 153 из них с помощью очень маленького и недорогого детектора, который был построен за очень короткое время», — объяснил Фэн. «Раньше считалось, что физика элементарных частиц разделена на две части: эксперименты с высокими энергиями, которые требовались для изучения тяжелых частиц, таких как топ-кварки и бозоны Хиггса, и эксперименты с высокой интенсивностью, которые требовались для изучения нейтрино. Эта работа показала, что Эксперименты с высокими энергиями могут также изучать нейтрино, и таким образом они объединили границы высоких энергий и высоких интенсивностей».