Vědci konečně detekovali neutrina v urychlovači částic: ScienceAlert

Konečně je duch již ve stroji: Vědci poprvé vytvořili neutrina ve srážeči částic.

Tyto hojné a tajemné subatomární částice jsou tak odstraněny ze zbytku hmoty, že jimi klouzají jako spektra, díky čemuž jsou známé jako „částice duchů“.

Vědci říkají, že tato práce představuje první přímé pozorování neutrin urychlovače a pomůže nám pochopit, jak se tyto částice tvoří, jaké jsou jejich vlastnosti a jejich role ve vývoji vesmíru.

Výsledky dosažené pomocí detektoru FASERnu na Large Hadron Collider, bylo ukázáno Na 57. konferenci Rencontres de Moriond o elektroslabých interakcích a sjednocených teoriích v Itálii.

„Objevili jsme neutrina ze zcela nového zdroje – částicových srážečů – kde máte dva svazky částic, které se spolu srážejí při extrémně vysoké energii,“ říká částicový fyzik Jonathan Feng z Kalifornské univerzity v Irvine.

Neutrina patří mezi nejhojnější subatomární částice ve vesmíru, hned po fotonech. Nemají však žádný elektrický náboj, jejich hmotnost se blíží nule a s jinými částicemi, se kterými se setkávají, téměř neinteragují. Stovky miliard neutrin proudí vaším tělem právě teď.

Neutrina vznikají v energetických podmínkách, jako je jaderná fúze, ke které dochází uvnitř hvězd, nebo výbuchy supernov. A i když si jich denně nevšímáme, fyzici se domnívají, že jejich hmotnost – jakkoli nepatrná – může ovlivnit gravitaci vesmíru (ačkoli neutrina byla do značné míry Poskakuje jako temná hmota).

Jejich interakce s hmotou je sice zanedbatelná, ale není zcela neexistující; Každou chvíli se vesmírné neutrino srazí s jinou částicí, což má za následek velmi slabý záblesk světla.

Podzemní detektory, izolované od jiných zdrojů záření, dokážou tyto výbuchy detekovat. Kostka ledu v Antarktidě, Super Kamiokande v Japonsku a mini buchta Fermilab v Illinois má tři taková činidla.

Fyzici však dlouho usilovali o produkci neutrin v urychlovačích částic, protože použité vysoké energie nebyly tak dobře prozkoumány jako neutrina s nižší energií.

„Mohou nám říct o hlubokém vesmíru způsoby, které se jinak nemůžeme naučit,“ říká částicový fyzik Jamie Boyd z CERNu. „Tato vysokoenergetická neutrina na LHC jsou důležitá pro pochopení skutečně vzrušujících pozorování v částicové astrofyzice.“

FASERnu je soubor emulzní detektor Skládá se ze střídajících se milimetrových wolframových destiček s vrstvami emulzního filmu. Wolfram byl vybrán kvůli jeho vysoké hustotě, která zvyšuje pravděpodobnost interakcí neutrin; Detektor se skládá ze 730 emulzních filmů o celkové hmotnosti wolframu asi 1 tuna.

Během experimentů s částicemi na LHC se neutrina mohou srazit s jádry wolframových plátů a produkovat částice, které zanechávají stopy v emulzních vrstvách, podobně jako ionizující záření vytváří stopy v cloudová místnost.

Stejně jako fotografické filmy je třeba tyto panely vyvolat, než budou moci fyzici analyzovat trajektorie částic, aby zjistili, co je vytvořilo.

Šest kandidátních neutrin bylo identifikováno a znovu publikováno v roce 2021. Nyní vědci potvrdili svůj objev pomocí dat ze třetího kola modernizovaného LHC, které začalo minulý rok, s hladinou významnosti 16 sigma.

To znamená, že pravděpodobnost produkce signálů náhodnou náhodou je tak nízká, že je nulová; Hladina významnosti 5 sigma je dostatečná k tomu, aby se kvalifikovalo jako objev v částicové fyzice.

Tým FASER stále tvrdě pracuje na analýze dat shromážděných detektorem a zdá se pravděpodobné, že další detekce neutrin budou následovat. Očekává se, že třetí běh LHC bude pokračovat Do roku 2026Průběžný sběr a analýza dat.

V roce 2021 fyzik David Casper z Kalifornské univerzity v Irvine předpovídá, že závod vytvoří asi 10 000 neutrinových interakcí, což znamená, že jsme sotva poškrábali povrch toho, co FASERnu nabízí.

„Neutrina jsou jediné známé částice, které mnohem větší experimenty na Velkém hadronovém urychlovači nemohou detekovat přímo.“ On říkáÚspěšné pozorování FASERu tedy znamená, že se konečně využívá plný fyzikální potenciál urychlovače.

Výsledky týmu Prezentováno na 57. kongresu Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.