Για πρώτη φορά, φυσικοί εντόπισαν σημάδια νετρίνων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων

Διδάξτε πρώτα στο CERN Facility Preview για την επερχόμενη τριετή ερευνητική εκστρατεία.

Η διεθνής ομάδα Forward Search Experiment, με επικεφαλής φυσικούς στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Irvine, ανίχνευσε για πρώτη φορά ένα υποψήφιο νετρίνο που παρήχθη από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN Εγκατάσταση κοντά στη Γενεύη, Ελβετία.

Σε μια ερευνητική εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό στις 24 Νοεμβρίου 2021 φυσική αναθεώρηση δΤο 2018, οι ερευνητές περιγράφουν πώς παρατήρησαν έξι αλληλεπιδράσεις νετρίνων κατά τη διάρκεια μιας πειραματικής λειτουργίας ενός ανιχνευτή γαλακτώματος υπό πίεση που εγκαταστάθηκε στο LHC το 2018.

«Πριν από αυτό το έργο, δεν υπήρχε κανένα σημάδι νετρίνων στον επιταχυντή σωματιδίων», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Jonathan Feng, διακεκριμένος καθηγητής Φυσικής και Αστρονομίας στο UCI και συν-αρχηγός της Συνεργασίας FASER. «Αυτή η σημαντική ανακάλυψη είναι ένα βήμα προς την ανάπτυξη μιας βαθύτερης κατανόησης αυτών των άπιαστων σωματιδίων και του ρόλου που παίζουν στο σύμπαν».

Είπε ότι η ανακάλυψη που έγινε κατά τη διάρκεια του πιλότου έδωσε στην ομάδα του δύο σημαντικές πληροφορίες.

Ανιχνευτής σωματιδίων FASER

Ο εγκεκριμένος από το CERN ανιχνευτής σωματιδίων FASER που θα εγκατασταθεί στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων το 2019 ενισχύθηκε πρόσφατα με ανιχνευτή νετρίνων. Η ομάδα FASER υπό την ηγεσία της UCI χρησιμοποίησε έναν μικρότερο ανιχνευτή του ίδιου τύπου το 2018 για να κάνει τις πρώτες παρατηρήσεις των αόριστων σωματιδίων που δημιουργούνται στον επιταχυντή. Οι ερευνητές είπαν ότι το νέο όργανο θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει χιλιάδες αλληλεπιδράσεις νετρίνων τα επόμενα τρία χρόνια. Πηγή εικόνας: CERN

“Πρώτον, επαληθεύστε ότι η μπροστινή θέση του σημείου αλληλεπίδρασης ATLAS στον LHC είναι η σωστή θέση για την ανίχνευση νετρίνων επιταχυντών”, είπε ο Φενγκ. «Δεύτερον, οι προσπάθειές μας απέδειξαν την αποτελεσματικότητα της χρήσης ενός ανιχνευτή γαλακτώματος για την παρακολούθηση αυτών των τύπων αλληλεπιδράσεων νετρίνων».

READ  Ο καθρέφτης του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb της NASA ξεπερνά τις προσδοκίες καθώς η ευθυγράμμιση συνεχίζεται

Το πειραματικό όργανο αποτελούνταν από πλάκες μολύβδου και βολφραμίου που εναλλάσσονταν με στρώματα γαλακτώματος. Κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων σωματιδίων στον LHC, ορισμένα νετρίνα προκάλεσαν τη διάσπαση των πυκνών μεταλλικών πυρήνων, δημιουργώντας σωματίδια που ταξιδεύουν μέσα από τα στρώματα του γαλακτώματος και δημιουργούν ορατά σημάδια μετά την επεξεργασία. Αυτές οι επιγραφές παρέχουν ενδείξεις για τις ενέργειες και τις γεύσεις των σωματιδίων -ταυ, μιόνιο ή ηλεκτρόνιο- και αν είναι νετρίνα ή αντινετρίνα.

Σύμφωνα με τον Feng, το γαλάκτωμα λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο με τη φωτογραφία στην εποχή της προ-ψηφιακής κάμερας. Όταν το φιλμ 35 mm εκτίθεται στο φως, τα φωτόνια αφήνουν ίχνη που εμφανίζονται ως μοτίβα καθώς αναπτύσσεται το φιλμ. Οι ερευνητές του FASER μπόρεσαν επίσης να δουν αλληλεπιδράσεις νετρίνων αφού αφαιρέθηκαν και αναπτύχθηκαν τα στρώματα γαλακτώματος στον ανιχνευτή.

«Μετά την επαλήθευση της αποτελεσματικότητας της προσέγγισης του ανιχνευτή γαλακτώματος στην παρατήρηση των αλληλεπιδράσεων των νετρίνων που δημιουργούνται από τον επιταχυντή σωματιδίων, η ομάδα FASER δημιουργεί τώρα μια νέα σειρά πειραμάτων με ένα πλήρες όργανο που είναι πολύ μεγαλύτερο και σημαντικά πιο ευαίσθητο», δήλωσε ο Feng. .

Χάρτης εμπειρίας FASER

Το πείραμα FASER βρίσκεται 480 μέτρα από το σημείο αλληλεπίδρασης του Άτλαντα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Σύμφωνα με τον Jonathan Feng, διακεκριμένο καθηγητή Φυσικής και Αστρονομίας της UCI και συνεπικεφαλής της συνεργασίας FASER, αυτή είναι μια καλή τοποθεσία για την ανίχνευση νετρίνων από συγκρούσεις σωματιδίων στην εγκατάσταση. Πηγή εικόνας: CERN

Από το 2019, αυτός και οι συνάδελφοί του ετοιμάζονται να πραγματοποιήσουν ένα πείραμα χρησιμοποιώντας τα όργανα FASER για να εξετάσουν τη σκοτεινή ύλη του LHC. Ελπίζουν να ανακαλύψουν σκοτεινά φωτόνια, τα οποία θα δώσουν στους ερευνητές μια πρώτη ματιά στο πώς η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με φυσικά άτομα και άλλη ύλη στο σύμπαν μέσω δυνάμεων εκτός της βαρύτητας.

READ  Μελέτη: Τα μυρμήγκια δημιουργούν σταθερές σήραγγες στις φωλιές, όπως και οι άνθρωποι που παίζουν jinga

Με την επιτυχία της δουλειάς τους στα νετρίνα τα τελευταία χρόνια, η ομάδα FASER — που αποτελείται από 76 φυσικούς από 21 ιδρύματα σε εννέα χώρες — συνδυάζει έναν νέο ανιχνευτή γαλακτώματος με το όργανο FASER. Ενώ ο πειραματικός ανιχνευτής ζυγίζει περίπου 64 κιλά, το όργανο FASERnu θα είναι πάνω από 2.400 λίβρες και θα είναι πιο αντιδραστικό και θα μπορεί να διακρίνει τους τύπους νετρίνων.

είπε ο συν-συγγραφέας David Kasper, επικεφαλής του προγράμματος FASER και αναπληρωτής καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο UCI. «Θα ανακαλύψουμε τα νετρίνα υψηλότερης ενέργειας που έχουν παραχθεί από μια ανθρωπογενή πηγή».

Αυτό που κάνει το FASERnu μοναδικό, είπε, είναι ότι ενώ άλλα πειράματα μπόρεσαν να διακρίνουν μεταξύ ενός ή δύο τύπων νετρίνων, θα μπορούν να παρατηρήσουν και τις τρεις γεύσεις καθώς και τις αντίστοιχες αντινετρίνες τους. Ο Κάσπερ είπε ότι έχουν γίνει μόνο περίπου 10 παρατηρήσεις ταυ νετρίνων σε όλη την ανθρώπινη ιστορία, αλλά αναμένει ότι η ομάδα του θα είναι σε θέση να διπλασιάσει ή να τριπλασιάσει αυτόν τον αριθμό μέσα στα επόμενα τρία χρόνια.

«Αυτή είναι μια απίστευτα συναρπαστική σύνδεση με την παράδοση στο τμήμα φυσικής εδώ στο UCI», είπε ο Φενγκ, καθώς συνεχίζει την κληρονομιά του Φρέντερικ Ρέινς, ιδρυτικού μέλους ΔΕΠ στο UCI που κέρδισε το Νόμπελ Φυσικής επειδή ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε νετρίνα. “

«Έχουμε δημιουργήσει ένα πείραμα παγκόσμιας κλάσης στο κορυφαίο εργαστήριο φυσικής σωματιδίων στον κόσμο σε χρόνο ρεκόρ και με πολύ ασυνήθιστους πόρους», είπε ο Κάσπερ. «Οφείλουμε ένα τεράστιο χρέος ευγνωμοσύνης στο Ίδρυμα Heising-Simons και στο Ίδρυμα Simons, καθώς και στην Ιαπωνική Εταιρεία για την Προώθηση της Επιστήμης και στο CERN, που μας στήριξαν γενναιόδωρα».

READ  Προετοιμασία αστροναυτών για τις νοητικές και συναισθηματικές προκλήσεις του βαθέως διαστήματος

Αναφορά: «Οι πρώτοι υποψήφιοι για την αλληλεπίδραση νετρίνων στον LHC» από τον Henso Abreu et al. (Συνεργασία FASER), 24 Νοεμβρίου 2021, Διαθέσιμο εδώ. φυσική αναθεώρηση δ.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101

Savannah Shivley και Jason Arakawa, Ph.D. από το UCLA. Στην έρευνα συνέβαλαν και φοιτητές Φυσικής και Αστρονομίας.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.