Teach First bij CERN Facility Preview voor de komende 3-jarige onderzoekscampagne.
Het internationale Forward Search Experiment-team, geleid door natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Irvine, heeft voor het eerst een kandidaat-neutrino gedetecteerd, geproduceerd door de Large Hadron Collider op CERN Faciliteit in de buurt van Genève, Zwitserland.
In een onderzoekspaper gepubliceerd in het tijdschrift op 24 november 2021 fysieke beoordeling dIn 2018 beschrijven de onderzoekers hoe ze zes neutrino-interacties observeerden tijdens een experimentele run van een emulsiedetector onder druk die in 2018 bij de LHC was geïnstalleerd.
“Voorafgaand aan dit project waren er geen tekenen van neutrino’s in de deeltjesversneller”, zegt co-auteur Jonathan Feng, UCI Distinguished Professor of Physics and Astronomy en co-leider van de FASER Collaboration. “Deze belangrijke doorbraak is een stap in de richting van het ontwikkelen van een dieper begrip van deze ongrijpbare deeltjes en de rol die ze spelen in het universum.”
Hij zei dat de ontdekking die tijdens de pilot werd gedaan zijn team twee belangrijke informatie gaf.
De door CERN goedgekeurde deeltjesdetector FASER die in 2019 bij de Large Hadron Collider wordt geïnstalleerd, is onlangs uitgebreid met een neutrinodetector. Het door de UCI geleide FASER-team gebruikte in 2018 een kleinere detector van hetzelfde type om de eerste waarnemingen te doen van de ongrijpbare deeltjes die bij de botser werden gegenereerd. De onderzoekers zeiden dat het nieuwe instrument de komende drie jaar duizenden neutrino-interacties zal kunnen detecteren. Afbeeldingsbron: CERN
“Controleer eerst of de voorste positie van het ATLAS-interactiepunt in de LHC de juiste locatie is voor het detecteren van collider-neutrino’s,” zei Feng. “Ten tweede hebben onze inspanningen de effectiviteit aangetoond van het gebruik van een emulsiedetector om dit soort neutrino-interacties te volgen.”
Het experimentele instrument was samengesteld uit lood- en wolfraamplaten, afgewisseld met lagen emulsie. Tijdens deeltjesbotsingen in de LHC zorgden sommige neutrino’s ervoor dat de dichte metalen kernen uit elkaar vielen, waardoor deeltjes ontstonden die door de lagen van de emulsie reizen en na verwerking zichtbare sporen creëren. Deze inscripties geven aanwijzingen over de energieën en smaken van het deeltje – tau, muon of elektron – en of het neutrino’s of antineutrino’s zijn.
Volgens Feng werkt de emulsie op een vergelijkbare manier als fotografie in het pre-digitale cameratijdperk. Wanneer 35 mm-film wordt blootgesteld aan licht, laten de fotonen sporen achter die als patronen verschijnen terwijl de film wordt ontwikkeld. De FASER-onderzoekers konden ook neutrino-interacties zien nadat de emulsielagen in de detector waren verwijderd en ontwikkeld.
“Na het verifiëren van de effectiviteit van de emulsiedetectorbenadering bij het observeren van de interacties van neutrino’s gegenereerd door de deeltjesversneller, zet het FASER-team nu een nieuwe reeks experimenten op met een compleet instrument dat veel groter en aanzienlijk gevoeliger is”, zei Feng. .
Het FASER-experiment bevindt zich op 480 meter van het Atlas-interactiepunt bij de Large Hadron Collider. Volgens Jonathan Feng, UCI Distinguished Professor of Physics and Astronomy en co-leider van de FASER-samenwerking, is dit een goede locatie voor het detecteren van neutrino’s van deeltjesbotsingen in de faciliteit. Afbeeldingsbron: CERN
Sinds 2019 bereiden hij en zijn collega’s zich voor om een experiment uit te voeren met de FASER-instrumenten om de donkere materie van de LHC te onderzoeken. Ze hopen donkere fotonen te ontdekken, die onderzoekers een eerste blik zullen geven in hoe donkere materie interageert met natuurlijke atomen en andere materie in het universum door andere krachten dan de zwaartekracht.
Met het succes van hun neutrinowerk van de afgelopen jaren, combineert het FASER-team – bestaande uit 76 natuurkundigen van 21 instellingen in 9 landen – een nieuwe emulsiedetector met het FASER-instrument. Terwijl de experimentele detector ongeveer 64 pond weegt, zal het FASERnu-instrument meer dan 2400 pond wegen, reactiever zijn en in staat zijn om onderscheid te maken tussen soorten neutrino’s.
zei co-auteur David Kasper, co-project FASER-leider en universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie aan de UCI. “We zullen de neutrino’s met de hoogste energie ontdekken die ooit zijn geproduceerd uit een door de mens gemaakte bron.”
Wat FASERnu uniek maakt, zei hij, is dat terwijl andere experimenten een of twee soorten neutrino’s hebben kunnen onderscheiden, ze alle drie de smaken kunnen waarnemen, evenals hun antineutrino-tegenhangers. Casper zei dat er in de hele menselijke geschiedenis slechts ongeveer 10 waarnemingen van tau-neutrino’s zijn geweest, maar hij verwacht dat zijn team dat aantal binnen de komende drie jaar kan verdubbelen of verdrievoudigen.
“Dit is een ongelooflijk fascinerende verbinding met de traditie in de natuurkundeafdeling hier bij UCI”, zei Feng, terwijl het de erfenis voortzet van Frederick Raines, een van de oprichters van de faculteit bij UCI die de Nobelprijs voor natuurkunde won omdat hij de eerste was die ontdekte neutrino’s. “
“We hebben in recordtijd en met zeer onconventionele middelen een experiment van wereldklasse geproduceerd in ’s werelds belangrijkste laboratorium voor deeltjesfysica”, zei Casper. “We zijn enorm veel dank verschuldigd aan de Heising-Simons Foundation en de Simons Foundation, evenals de Japan Society for the Promotion of Science en CERN, die ons genereus hebben gesteund.”
Referentie: “De eerste kandidaten voor de neutrino-interactie in de LHC” door Henso Abreu et al. (FASER-samenwerking), 24 november 2021, hier beschikbaar. fysieke beoordeling d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101
Savannah Shivley en Jason Arakawa, Ph.D. van de UCLA. Ook studenten natuurkunde en sterrenkunde droegen bij aan het onderzoek.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
