Fyzici poprvé objevili záhadné „duchové částice“ na LHC

Velký průlom ve fyzice částic byl dosažen u velkého hadronového urychlovače (LHC).

filtr poprvé neutrina Byly objeveny nejen v LHC, ale v Který Urychlovač částic.

Šest interakcí neutrin, objevených pomocí FASERnu Sub-Nutrino Detector, nejen dokazuje proveditelnost této technologie, ale otevírá novou cestu pro studium těchto záhadných částic, zejména při vysokých energiích.

„Před tímto projektem nebyly v urychlovači částic žádné známky neutrin,“ řekl. Fyzik Jonathan Feng řekl: z University of California, Irvine, spolupředseda FASER Collaboration.

„Tento důležitý průlom je krokem k hlubšímu pochopení těchto nepolapitelných částic a role, kterou hrají ve vesmíru.“

Ve skutečnosti se neutrina nacházejí všude. Je to jedna z nejhojnějších subatomárních částic ve vesmíru. Nenese ale žádný náboj a má téměř nulovou hmotnost, takže i když proudí vesmírem téměř rychlostí světla, téměř s ním neinteraguje. Právě teď vámi protékají miliardy věcí. Pro neutrino je zbytek vesmíru v podstatě nepodstatný; Z tohoto důvodu jsou také známé jako částice duchů.

I když se zřídka vzájemně ovlivňují, nikdy to není stejné. Detektory jako Kostka ledu v Antarktidě, Super kamiokande v Japonsku a mini pong Ve Fermilabu v Illinois použil citlivá pole fotodetektorů navržená tak, aby zachytila ​​spršky světla, které se objeví, když neutrina interagují s jinými částicemi například ve zcela tmavém prostředí.

Vědci ale dlouho chtěli studovat i neutrina vznikající při srážkách částic. Je to proto, že neutrina urychlovačů, která se objevují hlavně při rozpadu hadronů, jsou produkována při velmi vysokých energiích, které nejsou dobře prozkoumány. Detekce neutrin v urychlovači poskytuje přístup k energiím a typům neutrin, které se jinde vyskytují jen zřídka.

FASERnu je to, co je známé jako soubor Emulgační činidlo. Olověné a wolframové desky se střídají s vrstvami emulze: Během experimentů s částicemi v LHC se mohou neutrina srazit s jádry v olověných a wolframových deskách, což má za následek částice, které zanechávají stopy ve vrstvách emulze, stejně jako způsob, jakým ionizující záření vytváří cesty v A cloudová místnost.

Obrazy je třeba vyvolat jako fotografický film. Pak mohli fyzici analyzovat trajektorie částic, aby viděli, co je vytvořilo; Ať už je to neutrino, jaká je „chuť“ nebo typ neutrina. Existují tři druhy neutrin – elektronové, mionové a tau – stejně jako jejich antineutrinové protějšky.

V experimentálním běhu FASERnu provedeném v roce 2018 bylo v emulzních vrstvách zaznamenáno šest kandidátních interakcí neutrin. To nemusí znít moc, vezmeme-li v úvahu počet částic, které jsou produkovány během provozu na Large Hadron Collider, ale poskytlo to spolupráci dvě důležité informace.

„Nejprve ověřte, že dopředná poloha interakčního bodu ATLAS v LHC je správným místem pro detekci neutrin v urychlovači,“ řekl Feng. „Za druhé, naše úsilí prokázalo účinnost použití emulzního detektoru k monitorování těchto typů interakcí neutrin.“

Experimentální detektor byl relativně malé zařízení, asi 29 kilogramů (64 lb). Tým aktuálně pracuje na plné verzi, přibližně 1100 kilogramů (přes 2400 liber). Tento nástroj by byl výrazně citlivější a umožnil by výzkumníkům odlišit chutě neutrin od jejich antineutrinových protějšků.

Předpovídají, že třetí cyklus pozorování LHC vyprodukuje 200 miliard elektronových neutrin, 6 bilionů mionových neutrin, 9 miliard tau neutrin a jejich antineutrin. Vzhledem k tomu, že jsme zatím detekovali celkem jen asi 10 tau neutrin, byl by to docela velký problém.

Družstvo také hledá nepolapitelnější kořist. Mají velké naděje na odhalení temné fotony, což je v současnosti hypotetické, ale může pomoci odhalit povahu temná hmotaTajemná, nedetekovatelná hmota, která tvoří většinu hmoty ve vesmíru.

Ale samotné objevy neutrin jsou velmi vzrušujícím krokem vpřed pro naše pochopení základních složek vesmíru.

„Vzhledem k výkonu našeho nového detektoru a jeho hlavnímu umístění v CERNu očekáváme, že budeme schopni zaznamenat více než 10 000 neutrinových interakcí v příštím kole LHC, počínaje rokem 2022,“ Fyzik a astronom David Kasper řekl: z University of California, Irvine, spolupředseda projektu FASER.

„Objevíme neutrina s nejvyšší energií, která byla vyrobena z umělého zdroje.“

Výzkum týmu byl zveřejněn v fyzická kontrola d.