Endlich ist der Geist bereits in der Maschine: Erstmals haben Wissenschaftler Neutrinos in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt.
Diese zahlreichen und mysteriösen subatomaren Teilchen sind so weit von der restlichen Materie entfernt, dass sie wie Spektren durch sie hindurchgleiten und sie als „Geisterteilchen“ bekannt machen.
Die Forscher sagen, dass diese Arbeit die erste direkte Beobachtung der Neutrinos des Colliders darstellt und uns helfen wird zu verstehen, wie sich diese Teilchen bilden, welche Eigenschaften sie haben und welche Rolle sie bei der Entwicklung des Universums spielen.
Ergebnisse, die mit dem FASERnu-Detektor am Large Hadron Collider erzielt wurden, wurde gezeigt Auf der 57. Rencontres de Moriond-Konferenz über elektroschwache Wechselwirkungen und vereinheitlichte Theorien in Italien.
„Wir haben Neutrinos aus einer völlig neuen Quelle entdeckt – Teilchenbeschleunigern – wo zwei Teilchenstrahlen mit extrem hoher Energie zusammenstoßen“, sagt Teilchenphysiker Jonathan Feng von der University of California, Irvine.
Neutrinos gehören nach Photonen zu den am häufigsten vorkommenden subatomaren Teilchen im Universum. Aber sie haben keine elektrische Ladung, ihre Masse ist nahe Null und sie interagieren kaum mit anderen Teilchen, denen sie begegnen. Hunderte Milliarden Neutrinos strömen gerade durch Ihren Körper.
Neutrinos werden unter energetischen Bedingungen erzeugt, wie z. B. bei der Kernfusion im Inneren von Sternen oder bei Supernova-Explosionen. Und obwohl wir sie vielleicht nicht täglich bemerken, glauben Physiker, dass ihre Masse – wie gering sie auch sein mag – die Gravitation des Universums beeinflussen könnte (obwohl Neutrinos eine große Rolle gespielt haben Springt als Dunkle Materie).
Obwohl ihre Wechselwirkung mit Materie vernachlässigbar ist, ist sie nicht völlig inexistent; Hin und wieder kollidiert ein kosmisches Neutrino mit einem anderen Teilchen, was zu einem sehr schwachen Lichtblitz führt.
Unterirdische Detektoren, die von anderen Strahlungsquellen isoliert sind, können diese Explosionen erkennen. Eiswürfel in der Antarktis, Super Kamiokande in Japan u Mini-Brötchen Fermilab in Illinois hat drei solcher Reagenzien.
Physiker haben jedoch lange versucht, Neutrinos in Teilchenbeschleunigern zu erzeugen, da die verwendeten hohen Energien nicht so gut untersucht wurden wie die niederenergetischen Neutrinos.
„Sie können uns etwas über den Weltraum auf eine Weise erzählen, die wir sonst nicht lernen könnten“, sagt der Teilchenphysiker Jamie Boyd vom CERN. „Diese hochenergetischen Neutrinos am LHC sind wichtig, um wirklich spannende Beobachtungen in der Teilchenastrophysik zu verstehen.“
FASERnu ist eine Datei Emulsionsdetektor Es besteht aus abwechselnd millimeterdicken Wolframplatten mit Schichten aus Emulsionsfilm. Wolfram wurde aufgrund seiner hohen Dichte ausgewählt, die die Wahrscheinlichkeit von Neutrino-Wechselwirkungen erhöht; Der Detektor besteht aus 730 Emulsionsfilmen mit einer Gesamtmasse an Wolfram von etwa 1 Tonne.
Bei Teilchenexperimenten am LHC können Neutrinos mit den Kernen von Wolframschichten kollidieren und Teilchen erzeugen, die Spuren in Emulsionsschichten hinterlassen, ähnlich wie ionisierende Strahlung Spuren hinterlässt Wolkenraum.
Wie fotografische Filme müssen diese Panels entwickelt werden, bevor Physiker Teilchenbahnen analysieren können, um zu sehen, was sie erzeugt hat.
Sechs Neutrino-Kandidaten wurden identifiziert und 2021 erneut veröffentlicht. Jetzt haben die Forscher ihre Entdeckung bestätigt, indem sie Daten aus der dritten Runde des aufgerüsteten LHC verwendeten, die letztes Jahr mit einem Signifikanzniveau von begann 16 Sigma.
Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, die Signale zufällig zu erzeugen, so gering ist, dass sie gleich Null ist; Das Signifikanzniveau von 5 Sigma reicht aus, um als Entdeckung in der Teilchenphysik zu gelten.
Das FASER-Team arbeitet immer noch hart an der Analyse der vom Detektor gesammelten Daten, und es scheint wahrscheinlich, dass weitere Neutrino-Detektionen folgen werden. Der dritte Lauf des LHC wird voraussichtlich fortgesetzt Bis 2026Kontinuierliche Datenerfassung und -analyse.
Im Jahr 2021 prognostiziert der Physiker David Casper von der University of California, Irvine, dass das Rennen etwa 10.000 Neutrino-Wechselwirkungen produzieren wird, was bedeutet, dass wir kaum an der Oberfläche dessen gekratzt haben, was FASERnu zu bieten hat.
„Neutrinos sind die einzigen bekannten Teilchen, die viel größere Experimente am Large Hadron Collider nicht direkt nachweisen können.“ Er sagtDie erfolgreiche Beobachtung von FASER bedeutet also, dass endlich das volle physikalische Potenzial des Colliders ausgeschöpft wird.
Die Ergebnisse des Teams Präsentiert auf dem 57. Kongress Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories.
