В Большом адронном коллайдере впервые зафиксировали «призрачные частицы»
Нейтрино — это элементарные частицы, которые электрически нейтральны, чрезвычайно легкие и редко взаимодействуют с прочими частицами материи. Из-за этого их сложно обнаружить, хотя они очень распространены − даже сейчас через ваше тело проходят миллиарды нейтрино. Из-за этого их часто называют «призрачными частицами».
Нейтрино образуются в звездах, сверхновых и квазарах вследствие радиоактивного распада и космических лучей, взаимодействующих с атомами в атмосфере Земли. Долгое время считалось, что ускорители элементарных частиц, такие как LHC, тоже должны производить эти частицы, но без правильных инструментов они просто ускользнули бы незамеченными.
И вот этот «правильный инструмент» был наконец установлен и протестирован. Во время пилотного запуска эксперимента под названием FASER в 2018 году ученые обнаружили шесть взаимодействий нейтрино, причем узнали они об этом лишь спустя несколько лет.
«До этого проекта на коллайдере частиц никогда не наблюдалось никаких признаков нейтрино», − заявил Джонатан Фенг, соавтор исследования, описывающего результаты. «Этот значительный прорыв − шаг к более глубокому пониманию этих неуловимых частиц и той роли, которую они играют во Вселенной».
По словам исследователей, инструмент FASER, расположенный на расстоянии 480 м ниже точки столкновения частиц, во многом похож на пленочную съемку. Детектор состоит из пластин из свинца и вольфрама, разделенных слоями эмульсии. Некоторые из нейтрино ударяют по ядрам атомов в плотных металлах, что создает другие частицы, которые проходят через эмульсию. Следы, которые они оставляют, можно увидеть, когда слои эмульсии «проявятся», как пленка. И действительно, в данных было замечено шесть таких отметок.
«Проверив эффективность подхода детектора эмульсии для наблюдения взаимодействий нейтрино, производимых на коллайдере частиц, команда FASER в настоящее готовит новую серию экспериментов с полноценным прибором, который намного больше и значительно более чувствителен», − отметил Фенг.
Полная версия, названная FASERnu, будет весить более 1090 кг (по сравнению с 29 кг пилотной), а ее повышенная чувствительность позволит не только чаще обнаруживать нейтрино, но и различать три разных «вкуса» этих частиц, а также антинейтрино.
Эксперимент под названием FASER обнаружил контрольные сигналы нейтрино, образующихся при столкновении частиц, что может помочь ученым лучше понять основную физику