Fizikçiler ilk kez LHC’de şaşırtıcı ‘hayalet parçacıkları’ keşfettiler

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) parçacık fiziğinde büyük bir atılım elde edildi.

ilk kez filtre nötrinolar Sadece LHC’de değil, aynı zamanda Hangi Parçacık Çarpıştırıcısı.

FASERnu Sub-Nutrino Detector kullanılarak keşfedilen altı nötrino etkileşimi, yalnızca teknolojinin uygulanabilirliğini kanıtlamakla kalmaz, aynı zamanda bu gizemli parçacıkların, özellikle yüksek enerjilerde incelenmesi için yeni bir yol açar.

“Bu projeden önce parçacık çarpıştırıcısında hiçbir nötrino belirtisi yoktu” dedi. Fizikçi Jonathan Feng şunları söyledi: Irvine, California Üniversitesi’nden, FASER İşbirliği Eşbaşkanı.

“Bu önemli buluş, bu anlaşılması güç parçacıklar ve evrende oynadıkları rol hakkında daha derin bir anlayış geliştirmeye yönelik bir adımdır.”

Aslında, nötrinolar her yerde bulunur. Evrendeki en bol atom altı parçacıklardan biridir. Ancak herhangi bir yük taşımaz ve neredeyse sıfır kütleye sahiptir, bu nedenle evrende neredeyse ışık hızında akmasına rağmen, onunla neredeyse hiç etkileşime girmez. Şu anda içinizden milyarlarca şey akıyor. Nötrino için evrenin geri kalanı esasen önemsizdir; Bu nedenle hayalet parçacıklar olarak da bilinirler.

Nadiren etkileşime girseler de, bu asla aynı değildir. Gibi dedektörler buz küpü Antarktika’da, Süper Kamiokande Japonya’da ve mini pong Illinois’deki Fermilab’da, örneğin tamamen karanlık bir ortamda nötrinolar diğer parçacıklarla etkileşime girdiğinde ortaya çıkan ışık yağmurlarını yakalamak için tasarlanmış hassas fotodetektör dizileri kullandı.

Ancak uzun süredir bilim adamları, parçacık çarpışmalarında üretilen nötrinoları da incelemek istediler. Bunun nedeni, öncelikle hadronların bozunmasından kaynaklanan Çarpıştırıcı nötrinolarının, iyi çalışılmamış çok yüksek enerjilerde üretilmesidir. Çarpıştırıcı nötrino tespiti, başka yerlerde nadiren görülen nötrino enerjilerine ve türlerine erişim sağlar.

FASERnu, dosya olarak bilinen şeydir emülgatör reaktifi. Kurşun ve tungsten plakalar, emülsiyon katmanları ile dönüşümlü olarak: LHC’deki parçacık deneyleri sırasında, nötrinolar kurşun ve tungsten plakalardaki çekirdeklerle çarpışabilir, bu da tıpkı iyonlaştırıcı radyasyonun yollarda yol açması gibi emülsiyon katmanlarında iz bırakan parçacıklara neden olabilir. a bulut odası.

Resimlerin fotoğraf filmi gibi geliştirilmesi gerekiyor. Daha sonra fizikçiler, onları neyin ürettiğini görmek için parçacıkların yörüngelerini analiz edebilirler; Bir nötrino olsun, o zaman bir nötrino “tadı” veya türü nedir? Nötrinoların üç çeşidi vardır – elektron, müon ve tau – ve bunların antineutrino karşılıkları.

2018 yılında gerçekleştirilen FASERnu deneysel çalışmasında, emülsiyon katmanlarında altı aday nötrino etkileşimi kaydedildi. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki operasyon sırasında üretilen parçacıkların sayısı düşünüldüğünde bu kulağa pek hoş gelmeyebilir, ancak işbirliğine iki önemli bilgi verdi.

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

Deney dedektörü, yaklaşık 29 kilogram (64 lb) olan nispeten küçük bir cihazdı. Ekip şu anda yaklaşık 1.100 kilogram (2.400 poundun üzerinde) olan tam sürüm üzerinde çalışıyor. Bu araç önemli ölçüde daha hassas olacak ve araştırmacıların nötrinoların tatlarını antineutrino muadillerinden ayırt etmelerine izin verecekti.

Üçüncü LHC gözlem döngüsünün 200 milyar elektron nötrino, 6 trilyon muon nötrino, 9 milyar tau nötrino ve bunların antinötrinolarını üreteceğini tahmin ediyorlar. Şimdiye kadar toplamda sadece 10 tau nötrino tespit ettiğimiz için bu oldukça büyük bir problem olurdu.

Kooperatif ayrıca daha zor bir av gibi görünüyor. Ortaya çıkarmak için büyük umutları var karanlık fotonlar, şu anda varsayımsaldır, ancak doğasını ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir karanlık maddeEvrendeki maddenin çoğunu oluşturan gizemli, saptanamayan kütle.

Ancak nötrino keşifleri, evrenin temel bileşenlerini anlamamız için tek başına çok heyecan verici bir adımdır.

“Yeni dedektörümüzün gücü ve CERN’deki ana konumu göz önüne alındığında, 2022’den başlayarak LHC’nin bir sonraki turunda 10.000’den fazla nötrino etkileşimi kaydetmeyi umuyoruz.” Fizikçi ve astronom David Kasper şunları söyledi: Irvine, California Üniversitesi’nden, FASER Projesi’nin eş başkanı.

“İnsan yapımı bir kaynaktan üretilmiş en yüksek enerjili nötrinoları keşfedeceğiz.”

Ekibin araştırması yayınlandı fiziksel inceleme.