Fizikçiler ilk kez Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda nötrino belirtileri tespit ettiler.

Yaklaşan 3 yıllık araştırma kampanyası için CERN Facility Preview’da Önce Öğret.

Irvine, California Üniversitesi’ndeki fizikçiler tarafından yönetilen uluslararası İleri Arama Deneyi ekibi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından üretilen bir nötrino adayının ilk tespitini yaptı. CERN Cenevre, İsviçre yakınlarındaki tesis.

24 Kasım 2021’de dergide yayınlanan bir araştırma makalesinde fiziksel inceleme2018’de araştırmacılar, 2018’de LHC’ye kurulan basınçlı bir emülsiyon dedektörünün deneysel çalışması sırasında altı nötrino etkileşimini nasıl gözlemlediklerini anlatıyorlar.

UCI Fizik ve Astronomi Profesörü ve FASER İşbirliğinin ortak lideri olan ortak yazar Jonathan Feng, “Bu projeden önce, parçacık çarpıştırıcısında nötrino belirtisi yoktu” dedi. “Bu önemli buluş, bu anlaşılması güç parçacıklar ve evrende oynadıkları rol hakkında daha derin bir anlayış geliştirmeye yönelik bir adımdır.”

Pilot sırasında yapılan keşfin ekibine iki önemli bilgi verdiğini söyledi.

2019 yılında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’na kurulacak olan CERN onaylı FASER parçacık dedektörü, yakın zamanda bir nötrino dedektörü ile geliştirildi. UCI liderliğindeki FASER ekibi, çarpıştırıcıda üretilen zor parçacıkların ilk gözlemlerini yapmak için 2018’de aynı tipte daha küçük bir dedektör kullandı. Araştırmacılar, yeni cihazın önümüzdeki üç yıl içinde binlerce nötrino etkileşimini tespit edebileceğini söyledi. Görüntü kaynağı: CERN

Feng, “İlk olarak, LHC’deki ATLAS etkileşim noktasının ileri konumunun, çarpıştırıcı nötrinoları tespit etmek için doğru konum olduğunu doğrulayın.” Dedi. “İkincisi, çabalarımız, bu tür nötrino etkileşimlerini izlemek için bir emülsiyon dedektörü kullanmanın etkinliğini gösterdi.”

Deney aleti, emülsiyon katmanları ile değişen kurşun ve tungsten plakalardan oluşuyordu. LHC’deki parçacık çarpışmaları sırasında, bazı nötrinolar, yoğun metal çekirdeklerin parçalanmasına neden olarak, emülsiyonun katmanları boyunca hareket eden ve işlendikten sonra görünür izler oluşturan parçacıklar yarattı. Bu yazıtlar, parçacığın enerjileri ve tatları – tau, müon veya elektron – ve bunların nötrino veya antinötrino olup olmadığı hakkında ipuçları sağlar.

Feng’e göre, emülsiyon, dijital öncesi kamera çağındaki fotoğrafa benzer şekilde çalışıyor. 35 mm film ışığa maruz kaldığında, fotonlar film geliştikçe desenler olarak görünen izler bırakır. FASER araştırmacıları, dedektördeki emülsiyon katmanları çıkarılıp geliştirildikten sonra nötrino etkileşimlerini de görebildiler.

Feng, “Parçacık çarpıştırıcısı tarafından üretilen nötrinoların etkileşimlerini gözlemlemede emülsiyon dedektörü yaklaşımının etkinliğini doğruladıktan sonra, FASER ekibi şimdi çok daha büyük ve önemli ölçüde daha hassas olan eksiksiz bir cihazla yeni bir dizi deney kuruyor” dedi. .

FASER deneyi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki Atlas etkileşim noktasından 480 metre uzakta bulunuyor. UCI Seçkin Fizik ve Astronomi Profesörü ve FASER işbirliğinin eş lideri Jonathan Feng’e göre, burası tesisteki parçacık çarpışmalarından nötrinoları tespit etmek için iyi bir site. Görüntü kaynağı: CERN

2019’dan beri, kendisi ve meslektaşları, LHC’nin karanlık maddesini incelemek için FASER araçlarını kullanarak bir deney yapmaya hazırlanıyorlar. Araştırmacılara, karanlık maddenin doğal atomlar ve evrendeki diğer maddelerle yerçekimi dışındaki kuvvetler yoluyla nasıl etkileşime girdiğine dair ilk bir fikir verecek olan karanlık fotonları keşfetmeyi umuyorlar.

9 ülkedeki 21 kurumdan 76 fizikçiden oluşan FASER ekibi, son birkaç yıldaki nötrino çalışmalarının başarısıyla yeni bir emülsiyon dedektörünü FASER cihazıyla birleştiriyor. Deneysel dedektör yaklaşık 64 pound ağırlığındayken, FASERnu cihazı 2.400 pounddan fazla olacak ve daha reaktif olacak ve nötrino türlerini ayırt edebilecektir.

dedi ortak yazar David Kasper, ortak proje FASER-lideri ve UCI’de fizik ve astronomi doçenti. “İnsan yapımı bir kaynaktan şimdiye kadar üretilmiş en yüksek enerjili nötrinoları keşfedeceğiz.”

FASERnu’yu benzersiz kılan şey, dedi ki, diğer deneyler bir veya iki tür nötrino arasında ayrım yapabilse de, bu deneylerin antinötrino muadillerinin yanı sıra üç tadı da gözlemleyebilecekleri. Casper, tüm insanlık tarihinde sadece 10 tau nötrino gözlemi yapıldığını, ancak ekibinin önümüzdeki üç yıl içinde bu sayıyı ikiye veya üçe katlamasını beklediğini söyledi.

Feng, UCI’nin kurucu öğretim üyesi ve ilk keşfeden olduğu için Fizikte Nobel Ödülü’nü kazanan Frederick Raines’in mirasını sürdürürken, “Bu, UCI’deki fizik bölümündeki geleneğe inanılmaz derecede büyüleyici bir bağlantı” dedi. nötrinolar. “

Casper, “Dünyanın önde gelen parçacık fiziği laboratuvarında rekor sürede ve alışılmadık kaynaklarla birinci sınıf bir deney ürettik” dedi. “Heising-Simons Vakfı ve Simons Vakfı ile bizi cömertçe destekleyen Japonya Bilimi Teşvik Derneği ve CERN’e büyük bir şükran borcumuz var.”

Referans: Henso Abreu ve diğerleri tarafından “LHC’deki nötrino etkileşimi için ilk adaylar”. (FASER İşbirliği), 24 Kasım 2021, Buradan ulaşabilirsiniz. fiziksel inceleme.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.L091101

Savannah Shivley ve Jason Arakawa, UCLA’dan Doktora. Fizik ve astronomi öğrencileri de araştırmaya katkıda bulundu.