Wetenschappers hebben eindelijk neutrino’s ontdekt in de deeltjesversneller: ScienceAlert

Eindelijk zit de geest al in de machine: voor het eerst hebben wetenschappers neutrino’s gemaakt in een deeltjesversneller.

Deze overvloedige en mysterieuze subatomaire deeltjes zijn zo verwijderd van de rest van de materie dat ze erdoorheen glijden als spectra, waardoor ze bekend staan ​​als ‘spookdeeltjes’.

De onderzoekers zeggen dat dit werk de eerste directe observatie van de neutrino’s van de versneller markeert en ons zal helpen begrijpen hoe deze deeltjes zich vormen, wat hun eigenschappen zijn en hun rol in de evolutie van het universum.

Resultaten behaald met de FASERnu-detector bij de Large Hadron Collider, zijn getoond Op de 57e Rencontres de Moriond-conferentie over elektrozwakke interacties en verenigde theorieën in Italië.

“We hebben neutrino’s ontdekt uit een geheel nieuwe bron – deeltjesversnellers – waar je twee bundels deeltjes tegen elkaar laat botsen met extreem hoge energie,” zegt deeltjesfysicus Jonathan Feng van de Universiteit van Californië, Irvine.

Neutrino’s behoren tot de meest voorkomende subatomaire deeltjes in het universum, na fotonen. Maar ze hebben geen elektrische lading, hun massa is bijna nul en ze hebben nauwelijks interactie met andere deeltjes die ze tegenkomen. Op dit moment stromen honderden miljarden neutrino’s door je lichaam.

Neutrino’s worden geproduceerd onder energetische omstandigheden, zoals kernfusie die plaatsvindt in sterren of supernova-explosies. En hoewel we ze misschien niet dagelijks opmerken, geloven natuurkundigen dat hun massa – hoe klein ook – de zwaartekracht van het universum kan beïnvloeden (hoewel neutrino’s grotendeels zijn Stuitert als donkere materie).

Hoewel hun interactie met materie verwaarloosbaar is, is het niet helemaal onbestaande; Af en toe botst een kosmisch neutrino met een ander deeltje, wat resulteert in een heel zwakke lichtflits.

Ondergrondse detectoren, geïsoleerd van andere stralingsbronnen, kunnen deze explosies detecteren. ijsblokje op Antarctica, Super kamiokande in Japan en mini broodje Fermilab in Illinois heeft drie van dergelijke reagentia.

Natuurkundigen hebben echter lang geprobeerd neutrino’s te produceren in deeltjesversnellers omdat de gebruikte hoge energieën niet zo goed zijn bestudeerd als de neutrino’s met lagere energie.

“Ze kunnen ons vertellen over de verre ruimte op manieren die we anders niet kunnen leren”, zegt deeltjesfysicus Jamie Boyd van CERN. “Deze hoogenergetische neutrino’s bij de LHC zijn belangrijk voor het begrijpen van werkelijk opwindende waarnemingen in deeltjesastrofysica.”

FASERnu is een bestand emulsie detector Het bestaat uit afwisselende millimeter dikke wolfraamplaten met lagen emulsiefilm. Wolfraam werd gekozen vanwege de hoge dichtheid, die de kans op neutrino-interacties vergroot; De detector bestaat uit 730 emulsiefilms met een totale massa wolfraam van ongeveer 1 ton.

Tijdens deeltjesexperimenten in de LHC kunnen neutrino’s botsen met de kernen van wolfraamplaten, waardoor deeltjes ontstaan ​​die sporen achterlaten in emulsielagen, vergelijkbaar met de manier waarop ioniserende straling sporen maakt in wolken kamer.

Net als fotografische films moeten deze panelen worden ontwikkeld voordat natuurkundigen de trajecten van deeltjes kunnen analyseren om te zien waardoor ze zijn geproduceerd.

Er zijn zes kandidaat-neutrino’s geïdentificeerd en opnieuw gepubliceerd in 2021. Nu hebben de onderzoekers hun ontdekking bevestigd met behulp van gegevens van de derde ronde van de opgewaardeerde LHC die vorig jaar begon, met een significantieniveau van 16 sigma.

Dit betekent dat de waarschijnlijkheid van het produceren van de signalen door willekeurig toeval zo laag is dat deze nul is; Het significantieniveau van 5 sigma is voldoende om te kwalificeren als een ontdekking in de deeltjesfysica.

Het FASER-team is nog steeds bezig met het analyseren van de gegevens die door de detector zijn verzameld, en het lijkt waarschijnlijk dat er nog meer neutrino-detecties zullen volgen. De derde run van de LHC zal naar verwachting doorgaan Tot 2026Continue gegevensverzameling en -analyse.

In 2021 voorspelt natuurkundige David Casper van de University of California, Irvine, dat de race ongeveer 10.000 neutrino-interacties zal produceren, wat betekent dat we nog maar net aan de oppervlakte zijn gekomen van wat FASERnu te bieden heeft.

“Neutrino’s zijn de enige bekende deeltjes die veel grotere experimenten bij de Large Hadron Collider niet direct kunnen detecteren.” Hij zegtDus de succesvolle observatie van FASER betekent dat het volledige fysische potentieel van de versneller eindelijk wordt benut.

De resultaten van het team Gepresenteerd op het 57e congres Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.